Der neue Laserschweißkopf Coherent HIGHmotion 2D und der Laser Coherent HighLight FL-ARM ermöglichen das Tiefenschweißen von Kupfer auf großen Arbeitsflächen.
Das Unternehmen Coherent hat zwei Neuheiten vorgestellt, die das Tiefenlaserschweißen von Kupfer (mehr als 3 mm) auf einer großen Arbeitsfläche (100 mm x 140 mm) ermöglichen. Dies ermöglicht die schnelle Bearbeitung großer Bauteile wie beispielsweise Sammelschienen, da das System mehrere Schweißaufgaben an verschiedenen Stellen der Arbeitsfläche ausführen kann, ohne dass der Schweißkopf oder das Bauteil physisch bewegt werden muss.
Das erste dieser neuen Produkte ist eine Erweiterung unseres bestehenden ferngesteuerten Laserschweißkopfes Coherent HIGHmotion 2D um eine Option mit geringerer Vergrößerung. Bei Verwendung mit einem Faserlaser mit niedriger numerischer Apertur (NA) liefert der HIGHmotion 2D-Kopf mit geringerer Vergrößerung einen kleinen, hochintensiven, fokussierten Laserspot auf einer größeren Scanfläche bei minimaler Fokusverschiebung. Ein kleiner Laserfokus ist entscheidend für das Tiefenschweißen von Kupfer, das mit einem Infrarotlaser ansonsten schwierig ist. Dieser Ansatz bietet ein größeres Prozessfenster, was einen stabileren, robusteren und wiederholbareren Prozess bedeutet.
Der neue 2D-Scan-Laserkopf HIGHmotion mit geringerer Vergrößerung behält alle Fähigkeiten dieses bewährten Arbeitskopfes bei, einschließlich Positioniergenauigkeit, Stabilität bei hoher Leistung und Kompatibilität mit den Coherent-Systemen HIGHvision und SmartSense+.
Das zweite vorgestellte Produkt ist eine neue Version unseres Faserlasers HighLight FL-ARM mit niedrigerer numerischer Apertur (NA). Die Laserquelle liefert genau den erforderlichen Eingangsstrahl mit niedriger NA für eine optimale Leistung des HIGHmotion 2D-Systems mit geringer Vergrößerung. Darüber hinaus bietet der ARM-Laser die Möglichkeit, die Leistung im zentralen und ringförmigen Strahl separat zu steuern und zu modulieren. Dies hat sich bei der Vermeidung von Spritzern beim Laserschweißen von Kupfer bewährt. HighLight FL-ARM bietet zudem eine hervorragende Beständigkeit gegen Strahlrückreflexionen, was die Betriebssicherheit erhöht.
Erhöhte Leistungsfähigkeit für das Lasertiefschweißen
Der HighLight FL-ARM-Laser hat insbesondere beim Schweißen von Kupfer bereits enorme Erfolge erzielt. Wenn Hersteller versuchen, diesen Erfolg auf die Herstellung tiefer Schweißnähte auszuweiten, die für Aufgaben im Bereich der E-Mobilität erforderlich sind, wie beispielsweise das Schweißen von Sammelschienen, stoßen sie an eine „Geschwindigkeitsgrenze“. Eine der Ursachen für diese Geschwindigkeitsbegrenzung ist die begrenzte Größe des Abtastfeldes der F-Theta-Linse. Dabei handelt es sich um den Bereich, in dem der Laser Schweißnähte erzeugen kann, ohne dass sich etwas bewegt (abgesehen von den Abtastspiegeln selbst) – also um das Arbeitsfeld des Lasers. Die Bewegung des Werkstücks oder des Schweißkopfes benötigt Zeit; je kleiner also das Arbeitsfeld ist, desto mehr Bewegung des Werkstücks ist erforderlich und desto langsamer ist der Gesamtdurchsatz des Prozesses. Was spricht gegen eine Vergrößerung des Scanfeldes? Das Problem besteht darin, dass eine Vergrößerung des Arbeitsfeldes des Laserobjektivs gleichzeitig eine Verlängerung seiner Brennweite bedeutet, was wiederum die Größe des Brennpunkts vergrößert (vorausgesetzt, alle anderen Faktoren bleiben gleich). Ein kleiner Brennpunkt mit hoher Helligkeit ist jedoch unerlässlich, um das Durchdringen des Laserstrahls durch das Material zu erreichen, was für tiefere Schweißnähte erforderlich ist. Ab einem bestimmten Punkt der Vergrößerung ist der Laserfokus einfach zu groß, um die erforderliche Energiekonzentration zu erreichen, und der Laser ist nicht mehr in der Lage, das Material zu durchschmelzen. Dies wird in der Animation veranschaulicht.
Die Größe des Brennflecks lässt sich wiederum durch eine Verlängerung der Brennweite des Eingangskollimators verringern; dabei handelt es sich um ein Linsensystem, das das sich ausbreitende Licht des Lasers bündelt und für den Durchgang durch die Abtastoptik vorbereitet. Dadurch verringert sich die Vergrößerung des gesamten Systems. Hier tritt jedoch ein zweites Problem auf. Eine Vergrößerung des Brennflecks des Kollimators bedeutet eine Vergrößerung des Abstands zur Laserquelle, und ab einem bestimmten Punkt wird der physikalische Durchmesser des sich ausbreitenden Laserstrahls bereits zu groß, um den Kollimator und die Scanoptik zu passieren, ohne teilweise abgeschnitten zu werden. Dies ist unerwünscht, da durch das Abschneiden eines Teils des Strahls ein Leistungsverlust im Laserfokus entstehen würde.
Die Lösung besteht darin, die Divergenz der Laserquelle von Anfang an zu verringern. Oder, in der Terminologie der Optik ausgedrückt, ihre numerische Apertur (NA) zu verringern, die ein Maß für den Divergenzwinkel des Strahls ist. Dies ermöglicht den Einsatz eines Kollimators mit längerer Brennweite ohne Energieverlust des Laserstrahls, was wiederum die Verwendung einer größeren Brennweite (breiteres Sichtfeld) des F-Theta-Objektivs ermöglicht. Diese Kombination bietet einen kleinen Brennpunkt mit hoher Helligkeit auf einem großen Arbeitsfeld. Das Problem ist gelöst, aber… Eine wesentliche Verringerung der numerischen Apertur (NA) eines Faserlasers, ohne dessen Leistung zu verringern oder andere Verschlechterungen seiner Parameter zu verursachen, ist nicht so einfach. Deshalb ist Coherent das erste und derzeit einzige Unternehmen, dem dies gelungen ist. Und genau deshalb ermöglicht der neue HIGHmotion 2D-Prozesskopf mit geringerer Vergrößerung, insbesondere in Verbindung mit dem neuen HighLight FL-ARM-Laser mit niedriger NA, ein schnelleres Tiefschweißen von Kupfer.
Erfahren Sie mehr über denCoherent HIGHmotion 2D- -Kopf und denCoherent HighLight FL-ARM- -Laser.
Quelle:Coherent.com