Der neue ferngesteuerte Schweißkopf Coherent HIGHmotion 2D und der Laser Coherent HighLight FL-ARM ermöglichen das Tiefenschweißen von Kupfer mit einem Laser auf großen Arbeitsflächen.

Wir stellen zwei Neuheiten von Coherent vor, die das Laserschweißen von Kupfer mit einer Dicke von >3 mm auf einem großen Arbeitsfeld (100 mm x 140 mm) ermöglichen. Die Neuheiten von Coherent ermöglichen die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung großer Bauteile – beispielsweise Sammelschienen –, da das System mehrere Schweißaufgaben an weit voneinander entfernten Stellen ausführen kann, ohne dass der Prozesskopf oder das zu schweißende Bauteil physisch bewegt werden muss.

Coherent HIGHmotion 2D-Schweißkopf

Das erste dieser neuen Produkte ist eine Erweiterung unseres bestehenden ferngesteuerten Schweißkopfes Coherent HIGHmotion 2D um die Option einer geringeren Vergrößerung. Bei Verwendung mit einem Faserlaser mit niedriger numerischer Apertur (NA) liefert der HIGHmotion 2D-Kopf mit geringerer Vergrößerung einen kleinen, hochfokussierten Laserspot auf einer größeren Scanfläche bei minimaler Fokusverschiebung. Die präzise Fokussierung des Laserstrahls 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 HIGHmotion 2D-Scanner mit geringerer Vergrößerung behält alle Fähigkeiten dieses in der Branche bewährten Laserschweißscanners bei, einschließlich der Positioniergenauigkeit, der hohen Leistungsstabilität und der Kompatibilität mit den Coherent-Systemen HIGHvision und SmartSense+.

Laserquelle HighLight FL-ARM

Das zweite vorgestellte Produkt ist eine Version unseres Faserlasers HighLight FL-ARM mit niedrigerer numerischer Apertur (NA). Diese liefert genau den erforderlichen Eingangsstrahl mit niedriger NA für eine optimale Leistung des HIGHmotion 2D-Systems mit geringer Vergrößerung. Zudem verfügt der ARM-Laser über die Fähigkeit, die Leistung im zentralen und ringförmigen Strahl separat zu steuern und zu modulieren. Diese Fähigkeit hat sich bei der Vermeidung von Spritzern beim Schweißen von Kupfer bewährt. Der HighLight FL-ARM bietet zudem eine hervorragende Rückstreubeständigkeit, was die Betriebssicherheit erhöht.

Der HighLight FL-ARM-Laser hat bereits große Erfolge beim Schweißen von Kupfer 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 Laserschweißen von Sammelschienen, stoßen sie an eine „Geschwindigkeitsgrenze“. Eine der Ursachen für diese Geschwindigkeitsbegrenzung ist die begrenzte Größe des Abtastfeldes des F-Theta-Objektivs.

Was verhindert eine Vergrößerung des Scanfeldes? Das Problem besteht darin, dass eine Vergrößerung des Scanfeldes der F-Theta-Linse eine Verlängerung ihrer Brennweite zur Folge hat, wodurch sich auch die Größe des fokussierten Punktes vergrößert (vorausgesetzt, alle anderen Parameter bleiben gleich). Ein kleiner Punkt mit hoher Energiekonzentration ist jedoch unerlässlich, um eine große Eindringtiefe in das Material zu erreichen, die für tiefe Schweißnähte erforderlich ist. Ab einem bestimmten Punkt ist der Arbeitspunkt des Laserstrahls daher zu groß, um die gewünschte Energiekonzentration zu erreichen. Dies wird in der Animation veranschaulicht.

Die Spotgröße lässt sich wiederum durch eine Vergrößerung der Brennweite des Eingangskollimators verringern; dabei handelt es sich um ein Linsensystem, das das vom Laser ausgehende, sich ausbreitende Licht bündelt und für den Durchgang durch die Abtastoptik vorbereitet. Dadurch wird die Vergrößerung des gesamten Systems verringert.

Das Problem besteht darin, dass eine Verlängerung der Brennweite des Kollimators eine Vergrößerung des Abstands zur Laserquelle bedeutet. Und ab einem bestimmten Punkt wird der Durchmesser des sich ausbreitenden Laserstrahls zu groß, um den Kollimator und die Scanoptik zu passieren, ohne teilweise abgeschnitten zu werden. Dies ist unerwünscht, da der abgeschnittene Teil des Strahls einen Leistungsverlust bedeutet. Damit sind wir wieder beim ursprünglichen Problem angelangt.

Die Lösung besteht darin, die Divergenz der Laserquelle von Anfang an zu verringern. Oder, in der Fachsprache 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 Strahlverlust, was wiederum die Verwendung einer größeren Brennweite (breiteres Sichtfeld) des F-Theta-Objektivs ermöglicht. Diese Kombination liefert einen kleinen Fokuspunkt (hohe Helligkeit) auf einem großen Scanfeld. Das Problem scheint gelöst zu sein.

Allerdings ist es nicht so einfach, die NA eines Faserlasers deutlich zu reduzieren – ohne dessen Leistung zu verringern oder andere Leistungseinbußen zu verursachen. Coherent ist das erste und bislang einzige Unternehmen, dem dies gelungen ist. Und genau deshalb ermöglicht der neue Prozesskopf HIGHmotion 2D 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 den Coherent HIGHmotion 2D -Laserprozesskopf und den Coherent HighLight FL-ARM-Laser.

Weitere Informationen zum Laserschweißen von Kupfer.