Průmysl fotoniky díky rozmanitým oblastem použití opět prokazuje, že je výrazně odolnější než jiná průmyslová odvětví. Důkazem je nejen rychlé zotavení segmentu po pandemii, ale i specializovaný mnichovský veletrh, z jehož novinek vám v následujících řádcích přinášíme to nejzajímavější.
| Letos se v Mnichově tradičně konal další ročník veletrhu fotoniky, laserů, laserových prvků a systémů Laser World of Photonics. Zúčastnilo se jej přes 1 300 vystavovatelů, z toho asi 60 % ze zahraničí, a přišlo na 40 tisíc návštěvníků. Už samotná čísla ukazují, že se veletrh velikostí a formátem vrátil k úspěchům před pandemií, přičemž samotným počtem návštěvníků, ovlivněným datovým propojením s veletrhem automatica 2023, šel ještě dále. To všechno odráží pokračující vzestupný trend odvětví fotoniky. Trend potvrzují např. i odhady průmyslového sdružení Spectaris, podle nichž globální trh s fotonikou poroste o 6 % ročně až do roku 2025, a trh s hlavními fotonickými součástkami, jako jsou LED, lasery a senzory, až o 10 %. A jaké že tedy pro průmyslové aplikace zajímavé novinky letošní Laser World of Photonics přinesl? |
Femtosekundový laser 200 W
Pod označením IceFyre FS IR200 uvedla společnost Spectra-Physics 200W femtosekundový laser vhodný na „studené“ opracování materiálu, mikroobrábění skla, polymerů, kovů nebo i polykrystalického diamantu a jiných materiálů pro elektroniku i náročné průmyslové aplikace. S ultrakrátkými pulzy < 500 fs v infračerveném rozsahu nabízí při 200W výkonu > 200 μJ v jediném pulzu, při flexibilitě s širokým rozsahem opakovací frekvence od jednoho až po 50 MHz. Právě díky krátké délce pulzu nedochází prakticky k žádnému tepelnému ovlivnění opracovávaného dílu. Provoz je řízen počítačem. Podle výrobce vykazuje laser vysokou stabilitu výkonu, parametrů paprsku i jeho směru.
Duální PFO zvyšuje produktivitu svařování laserem
Společnost Trumpf rozšířila nabídku programovatelné zaostřovací optiky řady PFO (pro vzdálené svařování a řezání, kde díky dvěma zrcadlům může být laserový paprsek směřován do libovolné polohy v rámci zpracovatelského pole, prostoru nebo nasměrován do libovolné požadované geometrie švu) o duální provedení tohoto řešení. Podstatně se tak zvyšuje produktivita svařování. Při automatizovaném procesu tak zkracuje dobu cyklu až o 30 %. Duální PFO zdvojnásobuje pracovní pole, a je proto vhodné zvláště pro zpracování větších dílů.
Galvanoskener menšího objemu
Galvanoskenery při laserovém zpracování materiálů nejsou sice žádnou novinkou, ale na veletrhu představil nové konstrukční objemově úsporné provedení tým z Fraunhoferova institutu ILT (Fraunhofer Institut für Lasertechnik). Jde o obzvláště kompaktní modul, který spojením jednotky skeneru a zrcadlového substrátu ušetří ve srovnání s konvenčními systémy až 90 % konstrukčního objemu. Nový skener byl původně vyvinut pro aplikace v medicíně, kde vznikla poptávka po ručně vedených laserových chirurgických procesech v neurochirurgii. V průmyslovém použití je miniaturní skener vhodný například pro ruční laserové popisovací a gravírovací systémy. Kompaktní design navíc umožňuje integraci několika skenerů do jedné zpracovatelské hlavy. To lidé z ILT prokázali na demonstrátoru se čtyřmi 2D vychylovacími jednotkami, kde každá byla vybavena F-Theta čočkou. Skenerové pole zařízení má konstrukční objem 140 × 140 × 90 mm3.
Laserové navařování a obrobení současně
Návary součástí mohou vytvářet povrchové vrstvy nebo povlaky podle požadavků o zcela nových fyzikálních nebo chemických vlastnostech a chránit tak díl před poškozením a opotřebením. Čím tvrdší povlak, tím lepší ochrana, ale složitější zpracování.
Ve Fraunhoferově institutu ILT vyvinuli postup označovaný zkratkou SMaC (Simultaneous Machining and Coating), kde spojili metodu vysokorychlostního laserového navařování způsobem EHLA (Extreme High-speed Laser Application) v jednom kroku s mechanickým opracováním. Oproti tradičnímu nanášení kovů (LMD — laser metal deposition) je proces EHLA se způsobem natavení nanášeného prášku ještě před dopadem prášku na pokovovaný díl 10× rychlejší. Současné mechanické opracování/obrobení návaru dokáže přitom využít generované teplo při navařování.
Bezprostředně po laserovém navaření mají povlakové materiály jen zlomek své tvrdosti při zbytkové teplotě několika set stupňů Celsia, a řezný nástroj se tak podstatně méně opotřebovává a celý proces je i rychlejší. V závislosti na materiálu povrchové vrstvy lze dobu zpracování zkrátit o více než 60 %.
Lasery plátují sendvičové voštiny
Moderní lehké konstrukce sendvičového provedení, známé většinou z automobilového a leteckého průmyslu, se postupně dostávají i do jiných odvětví, kde lehký sendvičový panel, většinou s voštinovým hliníkovým, ale i tenkým ocelovým jádrem, může mnohdy nahradit silné a těžké ocelové pláty.
K nejpracnějším krokům výroby tu patří ponejvíce finální lepení nebo svařování krycích panelů. Časově úspornou laserovou metodu spojování dutých hliníkových struktur s krycími plechy vyvinuli ve Fraunhoferově institutu IWS (Fraunhofer Institut für Werkstoff- und Strahltechnik). Využívá dvou laserů a svařovacího válečkového systému. Jeho prostřednictvím se vede hliníková jádrová vrstva mezi dva válečky s krycími fóliemi. Lasery řízené skenerem míří pod úhlem z obou stran do tenké mezery mezi vrstvou jádra a krycím listem, kde zahřívají kovové povrchy.
V závislosti na zvoleném plošném materiálu se tu lokálně řídí teplota mezi 660 až 1 400 °C. Válečky přitlačí mírně natavené povrchy a trvale je spojí.
Povrstvení brzdových kotoučů laserem
V roce 2025 má vstoupit v platnost norma Euro 7 pro snížení jemného prachu v ovzduší, a to kromě jiného i u vozidel. Tady emitované částice nejsou způsobeny pouze spalovacími motory, ale zhruba čtvrtinu má na svědomí také otěr od brzd, brzdových kotoučů a brzdových destiček.
Společnost Laserline, zaměřená na vývoj diodových laserů, vyvinula pro vyšší odolnost proti otěru těchto dílů nanášení odolného práškového tvrdokovu na třecí plochy litinových diskových kotoučů diodovým infračerveným laserem. Mezi naneseným práškem a základním materiálem se sice přitom vytváří kovové tavné spojení, ale tepelné zatížení základního materiálu zůstává nízké. To umožňuje dosáhnout vysokých rychlostí procesu, které jsou vhodné i pro průmyslovou hromadnou výrobu a na rozdíl od jiných tepelných procesů prakticky nezpůsobují u brzdových kotoučů žádné deformace.
Diodové lasery Laserline dosahují dnes výkonu až 24 kW, což dává oproti užití předchozího laseru s maximálním výkonem 12 kW až dvojnásobnou rychlost při nanášení vrstvy. Na jeden brzdový kotouč se tak potřebuje doba kratší jedné minuty.