Laserschweissen, auch bekannt als Laserstrahlschweissen (EN ISO 4063: Prozess 52), ist ein hochmodernes Schweissverfahren, bei dem die Energiezufuhr durch einen Laser erfolgt. Diese Technik wird vor allem eingesetzt, um Bauteile mit hoher Schweissgeschwindigkeit, schmaler und schlanker Schweissnahtform sowie mit geringem thermischem Verzug zu verbinden. Im Gegensatz zu anderen Schweissverfahren wird das Laserschweissen in der Regel ohne Zusatzwerkstoff durchgeführt. Diese hochpräzise Methode basiert auf der Verwendung eines fokussierten Laserstrahls, der besonders in der Blechbearbeitung, wo Präzision und Qualität der Schweissnähte entscheidend sind, äusserst effektiv ist.
Was ist Laserschweissen?
Laserschweissen (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) ist ein Schweissverfahren, bei dem ein Laserstrahl als Wärmequelle genutzt wird, um die Materialien zu verschmelzen. Der Laserstrahl kann sehr präzise fokussiert werden, was es ermöglicht, schmale und tiefe Schweissnähte zu erzeugen. Dieses Verfahren eignet sich besonders für die Bearbeitung von dünnen Blechen und komplexen Strukturen.
Wie funktioniert Laserschweissen?
Beim Laserschweissen wird ein Laserstrahl auf die zu verbindenden Werkstücke gerichtet. Der Laserstrahl wird durch ein optisches System, bestehend aus Linsen und Spiegeln, fokussiert, um eine hohe Energiedichte auf einer kleinen Fläche zu erzeugen. Diese hohe Energiedichte führt dazu, dass das Material an der Schweissstelle schnell schmilzt und eine Schweissnaht bildet, sobald es wieder erstarrt.
Es gibt zwei Hauptmethoden des Laserschweissens:
- Wärmeleitungsschweissen: Hierbei wird der Laserstrahl so eingestellt, dass er die Oberfläche des Materials erwärmt, ohne es vollständig zu durchdringen. Diese Methode wird häufig für dünne Bleche und Anwendungen verwendet, bei denen eine geringe Wärmeeinflusszone erforderlich ist.
- Tiefschweissen: Bei dieser Methode dringt der Laserstrahl tief in das Material ein und erzeugt eine schmale, tiefe Schweissnaht. Dies wird durch die Erzeugung eines sogenannten „Keyhole“-Effekts erreicht, bei dem der Laserstrahl das Material verdampft und ein tiefes Loch bildet, das anschliessend wieder mit geschmolzenem Material gefüllt wird.
Anwendung in der Blechbearbeitung
In der Blechbearbeitung wird Laserschweissen häufig in der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt, der Elektronik und vielen anderen Bereichen eingesetzt, in denen Präzision und Qualität der Schweissnähte von entscheidender Bedeutung sind. Hier sind einige spezifische Anwendungen:
- Automobilindustrie: Laserschweissen wird verwendet, um Karosserieteile, Chassis-Komponenten und andere strukturelle Teile zu verbinden. Die hohe Präzision und Geschwindigkeit des Verfahrens ermöglichen es, leichte und dennoch starke Verbindungen zu schaffen.
- Luft- und Raumfahrt: In der Luft- und Raumfahrtindustrie wird Laserschweissen verwendet, um hochfeste und leichte Komponenten zu erzeugen. Die Fähigkeit, unterschiedliche Materialien miteinander zu verschweissen, ist hierbei ein grosser Vorteil.
- Elektronik: Bei der Herstellung von elektronischen Bauteilen wird Laserschweissen eingesetzt, um kleine und empfindliche Komponenten präzise zu verbinden, ohne sie durch übermässige Hitze zu beschädigen.
- Medizintechnik: In der Medizintechnik wird Laserschweissen verwendet, um chirurgische Instrumente, Implantate und andere medizinische Geräte herzustellen, bei denen Präzision und Sauberkeit entscheidend sind.
Vorteile des Laserschweissens
Laserschweissen bietet zahlreiche Vorteile, die es zu einer bevorzugten Methode in der Blechbearbeitung machen:
- Hohe Präzision: Besonders wichtig für feine Metallarbeiten und komplexe Teile mit engen Toleranzen.
- Geringe Wärmeeinflusszone: Minimiert die Gefahr von Verformungen und Verfärbungen des Materials.
- Hohe Geschwindigkeit: Führt zu einer erhöhten Produktionsgeschwindigkeit und einer effizienteren Nutzung von Arbeitszeit und Ressourcen.
- Vielseitigkeit: Ermöglicht das Verbinden von verschiedenen Materialien unterschiedlicher Dicke.
- Reduzierte Nacharbeit: Minimale Wärmeeinwirkung reduziert den Nachbearbeitungsaufwand.
3D-Laserschweissen: Ein Spezialfall
Was ist 3D-Laserschweissen?
3D-Laserschweissen ist eine fortschrittliche Variante des herkömmlichen Laserschweissens, die es ermöglicht, Werkstücke in allen drei Dimensionen zu bearbeiten. Dabei kann sich der Laserkopf frei im dreidimensionalen Raum bewegen, was das Schweissen von komplexen, gekrümmten oder mehrdimensionalen Oberflächen erlaubt. Diese Technologie bietet eine größere Flexibilität und ermöglicht das Schweißen von Bauteilen mit komplizierten Geometrien und Konturen.
Unterschiede zum herkömmlichen Laserschweissen
Der Hauptunterschied zwischen 3D-Laserschweissen und herkömmlichem Laserschweissen liegt in der Bewegungsfreiheit und der Komplexität der Schweissnähte:
- Bewegungsfreiheit: Beim 3D-Laserschweissen kann der Laserkopf sich in alle Richtungen bewegen, was das Schweissen von komplexen dreidimensionalen Strukturen ermöglicht. Herkömmliches Laserschweissen arbeitet typischerweise in zwei Dimensionen und ist besser für flache oder einfach geformte Werkstücke geeignet.
- Komplexität der Schweissnähte: 3D-Laserschweissen kann komplizierte Geometrien und Konturen bearbeiten, was es ideal für komplexe Bauteile macht. Im Vergleich dazu ist herkömmliches Laserschweissen auf einfachere, meist geradlinige oder zweidimensionale Schweissnähte beschränkt.
- Flexibilität: 3D-Laserschweissen bietet grössere Flexibilität bei der Bearbeitung verschiedener Bauteilformen und -größen. Es kann sich besser an die Bedürfnisse unterschiedlicher Teile anpassen. Herkömmliches Laserschweissen ist in seiner Anwendung begrenzter und weniger flexibel bei der Bearbeitung komplexer Formen.
- Spaltüberbrückung: Moderne 3D-Laserschweisssysteme, wie das bei Meyer Blechtechnik verwendete FusionLine-Verfahren, können Spalten bis zu 1 mm überbrücken. Herkömmliches Laserschweissen hat in der Regel geringere Fähigkeiten zur Spaltüberbrückung.
Anwendungsbereiche von 3D-Laserschweissen
3D-Laserschweissen wird häufig in der Automobilindustrie, im Maschinenbau und in der Luft- und Raumfahrttechnik eingesetzt, wo komplexe dreidimensionale Bauteile bearbeitet werden müssen. Herkömmliches Laserschweissen findet breite Anwendung in der Blechbearbeitung und bei einfacheren Schweissaufgaben.
Beide Verfahren teilen jedoch viele gemeinsame Vorteile des Laserschweissens, wie hohe Präzision, geringe Wärmeeinflusszone und die Möglichkeit, ohne Zusatzwerkstoffe zu arbeiten. Die Wahl zwischen 3D-Laserschweissen und herkömmlichem Laserschweissen hängt von der Komplexität des Werkstücks, den Anforderungen an die Schweissnaht und den spezifischen Produktionsanforderungen ab.
Neueste Entwicklungen und Innovationen im Laserschweissen
Die neuesten Entwicklungen und Innovationen im Bereich Laserschweissen in der Metallindustrie zeigen einen klaren Trend zu effizienteren, präziseren und vielseitigeren Verfahren. Hier sind einige der wichtigsten Fortschritte:
- Neue Optik Konzepte: Zwei innovative Optik Konzepte wurden entwickelt, um die Schweissnahtqualität zu verbessern:
- Twin-Weld-Verfahren: Ermöglicht eine bessere Vermischung im Schmelzbad und schnellere Überbrückung von Spalten.
- MULTISPOT: Erlaubt die lokale und zeitliche Variation der Intensitätsverteilung innerhalb eines Laserfokus, wodurch die Leistung präzise an die Schweißnahtgeometrie und Materialeigenschaften angepasst werden kann.
- Verbesserte Energieeffizienz: Das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS hat ein alternatives Verfahren entwickelt, das den Energieeintrag ins Bauteil um bis zu 80 Prozent reduzieren kann. Dies führt zu deutlich verringerten Energieaufwendungen und Kosten bei gleichzeitig stark erhöhter Prozessgeschwindigkeit.
- Reduzierung von Nachbearbeitungen: Die neuen Verfahren ermöglichen eine schonende Bearbeitung hochfester Werkstoffe. In einigen Fällen entfällt sogar das anschliessende Richten des Bauteils komplett, was Zeit und Kosten spart.
- Erweiterung der Anwendungsbereiche: Die neuen Technologien ermöglichen das Schweissen von bisher schwierig zu verbindenden Materialien:
- Verschweissen von Hairpins in E-Motoren
- Fügen von thermoplastischen Kunststoffen und Metall als Strukturkomponenten in der Fahrzeugkonstruktion
- Verbesserung der Lasersicherheit: Neue Sicherheitskonzepte haben dazu beigetragen, dass Laserschweissen in mehr Fertigungsbetrieben eingesetzt werden können.
Die Branche entwickelt sich in Richtung höhere Präzision und Flexibilität, verstärkter Fokus auf Leichtbau, Energieeffizienz und Nachhaltigkeit sowie Integration in die Elektromobilität. Kontinuierliche Forschung und Entwicklung treiben die Optimierung der Technologie voran und erschliessen neue Anwendungsfelder.
Technologien und Maschinen bei Meyer BlechTechnik
Meyer BlechTechnik setzt hochmoderne Maschinen ein, um die Vorteile des Laserschweissens voll auszuschöpfen:
- Trumpf TruLaser Station 7000: Ermöglicht das Schweissen tiefer und fester Nähte sowie glatter, abgerundeter Nähte. Diese Anlage bietet eine bis zu 10-mal schnellere Schweissgeschwindigkeit als herkömmliche Verfahren.
- Trumpf TruLaser Weld 5000: Diese Anlage ist ebenso effizient und ermöglicht das Schweissen von Bauteilen mit einer Grösse von bis zu 2000 x 1000 x 1100 mm und einem Gewicht von bis zu 750 kg. Mit dem integrierten Dreh-Kipp-Positionierer können auch komplexe Teile flexibel bearbeitet werden.
- 3D-Laserschweissen bei Meyer Blechtechnik: Das FusionLine-Verfahren ermöglicht die Bearbeitung von komplexen dreidimensionalen Strukturen und bietet eine hohe Flexibilität bei der Anpassung an verschiedene Bauteilformen und -grössen.
Fazit
Laserschweissen ist eine fortschrittliche Schweissmethode, die für Einkäufer im Maschinenbau, Medizintechnik, Lebensmittelindustrie, Baubranche etc. bedeutende Vorteile bietet. Die Präzision, Vielseitigkeit und Effizienz dieser Methode machen sie ideal für die Herstellung hochwertiger Blechkomponenten. Mit den neuesten Entwicklungen und Innovationen rückt Laserschweissen noch näher an die Spitze der modernen Fertigungstechnologien, und Unternehmen wie Meyer Blechtechnik setzen diese Technologie ein, um ihren Kunden qualitativ hochwertige Schweisslösungen anzubieten.
Durch die Integration dieser aktuellen Informationen wird der Artikel nicht nur informativer, sondern auch relevanter für Einkäufer in der Baubranche, die auf der Suche nach fortschrittlichen und effizienten Fertigungslösungen sind.
Wie erwähnt, wir haben diverse Laserschweissanlagen im Betrieb. Grosse Anlagen, kleine Maschinen und Laserschweissen von Hand, wir bieten alle Möglichkeiten an. Fragen Sie uns an, wir erstellen gerne ein Angebot für Ihre Teile. grosswangen@mey-ble.ch 
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