Od 22. do 25. června otevírá letos opět po dvou letech své brány Mnichovský veletrh pro obor laserů a laserových technologií. A že se toho za ty dva roky od předchozího ročníku událo. Samozřejmě i v oblasti základního výzkumu nebo testů laserového přenosu rozsáhlých souborů dat v kosmu. Ale nás bude tentokrát zajímat, jaký dopad měl tento vývoj na technologie, které nás v průmyslu běžně obklopují a jejichž prezentaci veletrh připravuje. Lze očekávat, že ústřední myšlenkou veletrhu bude vývoj nových laserových technologií v návaznosti na už reálně dosaženou vlnovou délku vyzařovaného laserového paprsku v extrémně ultrafialové části světelného spektra a pokračující vývoj laserů s krátkými a ultrakrátkými pulzy. Pulzy s délkou stovek fs až jednotlivých ps dovolují opracování i stále citlivějších materiálů a při svém krátkém pulzu prakticky tepelně nijak neovlivňují okolí operace. Užití těchto laserů má svůj smysl např. u technologií mikroobrábění, při strukturování povrchu, u vícevrstvých materiálů dovoluje i selektivní úběr na horních vrstvách povrchu, aniž by došlo k jakémukoliv poškození spodních vrstev. Dosažená hustota výkonu v ohnisku laserového fs paprsku umožňuje dokonce opracovávat i takové materiály, které dosud byly pro danou vlnovou délku považovány v podstatě jako transparentní. Dnes se však u připravovaných expozic podívejme na zpracování určitého druhu materiálu, který se stává stále více hitem při stavbě lehkých, ale pevných konstrukcí – vláknových kompozit, materiálů vyztužených uhlíkovými nebo skelnými vlákny, kde laserový paprsek musí být vnímán z pohledu odlišné struktury materiálu. Přestože už tyto kompozity nějakou dobu představují žádaný pevný a přitom lehký konstrukční materiál, není to s jejich úpravou ale zase tak jednoduché. Na rozdíl od tradičních kovových materiálů vyžadují jiné speciální zpracovatelské technologie, což se týká i laserových technologií a odlišné jsou i postupy při navrhování výrobků. Odlišným způsobem se tu projevuje i vliv vývoje nových typů laserů s krátkými a ultrakrátkými pulzy. V Laser Zentrum Hannover (LZH) se zaměřili na postupy spojování, řezání a případně odstraňování vrstev, ke kterým je nutné přistupovat při opravách dílů. Porovnávali řezání kontinuálním laserem a řezání laserem s ultrakrátkými pulzy a došli k překvapivým výsledkům. Při konvenčním laserovém řezání kompozit se pro tepelné ovlivnění okolní zóny nedosáhlo příliš kvalitní spáry. Vodivost kompozitu s karbonovými vlákny je v celém průřezu rozličná, vyšší je podél vláken než příčně. K určitému zlepšení kvality řezu došlo pak při užití výkonných laserů s kratšími pulzy. Přesto ale i tady při dané frekvenci záblesků při délce laserového pulsu v ps docházelo k určité nežádoucí akumulaci tepla s následky obdobnými jako při postupech s konvenčními lasery. Z toho pak v LZH usoudili, že pro tento účel nejsou pikosekundové, natož pak femtosekundové lasery vhodné, ale naopak se uplatní při odpovídající frekvenci záblesků délka pulzu v ns. Postup, který pro ns lasery v LZH vyvinuli, je možný uplatnit i při řezání kompozit větší tloušťky, i přes 3 mm, kdy se vyžaduje větších výkonů laseru. Tady při dosavadním laserovém řezání zůstával ve spáře neuzavřený povrch hran, tvořený nefixovanými konci vláken a zčásti odpařeným a odtaveným materiálem matrice. Při novém postupu s 6kW vláknovým laserem se do místa řezu ještě přivádí vhodná prášková směs, která povrch hran uzavírá. Ve spolupráci s Clean Lasersysteme se v LZH podíleli i na vývoji laserové renovační metody, která by se uplatnila při úpravě poškozených karbonových dílů, kde by nahradila broušení nebo frézování, aniž by docházelo k poklesu pevnosti opraveného dílu. Veletrh by měl v tom směru předvést už i dokončený vývoj mobilní laserové renovační stanice CleanLaser CFRP repair Tool. Řezání a spojování vláknových kompozit je i v hledáčku vývoje ve Fraunhoferově institutu ILT, který je i řešitelem projektu EU Fiber Chain s cílem vývoje vhodných zpracovatelských technologií i pro sériovou výrobu. Při řezání s lasery s ultrakrátkými pulzy se zde ztotožnili se závěry z LZH, ale navíc zde sledují, jak tento typ laserů by mohl být vhodně využitelný při menších výkonech. Kromě toho se v ILT zaměřují i na technologii řezání s pulzními CO2 lasery, kde by se měl vliv tepla na okolí řezu už podstatně redukovat vzhledem k odlišné absorpci paprsku. Pokud jde o spojování dílů z vláknových kompozit, pak by vhodná laserová technologie mohla nahradit lepení nebo nýtování, což v obou těchto případech představuje řadu přípravných prací a nákladnou operaci. Postup spojování laserem, zvolený obdobně jak v ILT, tak už i LZH v dokončeném projektu EU LaWocs, vychází ze známé technologie svařování kovů a plastů laserem a dá se poměrně snadno automatizovat. Výhodné je to zvláště u kompozit, kde alespoň jeden díl má kovovou matricí. Paprsek laseru se přivádí do spáry materiálů, kde je v kovové složce absorbován za vzniku tepla. Do materiálu, kde k absorpci nedochází, se teplo šíří vedením a po natavení materiálů je možné oba díly tlakem spojit. Stejné je to při průchodu paprsku v blízké červené transparentním materiálem jedné složky a jeho absorpci v uhlíkových vláknech druhé spojované složky. Na už automatizovanou výrobu kompozitních materiálů ze vstupních pásů, kde jsou uhlíková nebo skelná vlákna integrována v matrici nejen z termoplastu, ale i duroplastu a kde je třeba navršit a vzájemně propojit vícero takových vrstev, pamatuje Fraunhoferův institut IPT. Přichází s modulární technologií, kterou je možné automatizovat s užitím kloubových nebo portálových robotů. Každá z nových vrstev se před položením laserem nataví a po položení tlakem fixuje. Řízením výkonu laseru je možné předávat fólii jen takové množství tepla, které není na překážku následnému chladnutí. Oproti předchozímu způsobu nahřívání jednotlivých kompozitních pásů horkým vzduchem dosahuje se při užití laseru lepší výsledné kvality. A obdobných výsledků ve stavbě vláknových kompozit dosahuje firma Laserline, jeden z předních výrobců výkonových polovodičových diodových laserů. Řízeným procesem lokálního natavení termoplastické matrice nahrazuje zdlouhavý proces vytvrzování v horkovzdušném autoklávu. Dnes to bylo „jen“ o laserech a vláknových kompozitech, technologii, která v souboru exponátů je jen zlomkem celého veletrhu Laser – World of Photonics 2015. Vše o veletrhu, jeho doprovodném vědeckotechnickém programu a dalších aktivitách získá čtenář průběžně u brněnské s. r. o. Expo-Consult+Service, která Mnichovské veletrhy zastupuje v České republice. Návštěvníkům veletrhu nabízí i řadu služeb spojených s pobytem v Mnichově (www.expocs.cz). /jš/
