Новые свободы открываются в области лазерной обработки материалов: с помощью жидкокристаллического модулятора можно свободно программировать профиль луча лазера с высоким временным разрешением. Луч также может быть разделен на одинаковые копии. Вместе с непрерывным мониторингом процесса и интеллектуальным управлением возможно производство без брака. Детали изучаются в рамках проекта ЕС METAMORPHA. Модуль тестируется в трех приложениях совместно с крупными промышленными партнерами. Минимальная цель — 30-процентная экономия энергии по сравнению с обычными процессами.
Технология: быстрая, точная и гибкая
Вы много слышали о лазерах ультракоротких импульсов (USP): с импульсами в пико- или фемтосекундном диапазоне они могут удалять даже самые твердые материалы с точностью до микрометра. Лазеры USP теперь доступны с выходной мощностью в сотни ватт, поэтому исследования и разработки сосредоточены на том, как «пустить мощность в путь».
Институт лазерных технологий Фраунгофера ILT в Аахене работал над этим в течение многих лет. В дополнение к различным лазерам USP команда Fraunhofer ILT также имеет новейшие высокопроизводительные жидкокристаллические модуляторы для формирования луча при лазерной обработке материалов. Эти модуляторы могут работать с мощностью лазера до 150 Вт. В проекте ЕС "METAMORPHA - Индивидуальная микрообработка лазерными лучами, настроенными по амплитуде и фазе" два из них соединены между собой в оптическом модуле. Модуль может формировать профиль балки индивидуально или в виде нескольких балок и совместим с различным обрабатывающим оборудованием, например, 3-осевыми станками, 5-осевыми станками, токарными станками или рулонными станками.
С машинным обучением для производства без брака
Основным преимуществом жидкокристаллических модуляторов является их способность менять инструмент луча более 60 раз в секунду. Это позволяет оптимизировать процесс обработки или изменить процесс в замкнутом контуре управления. Для этого процесс постоянно контролируется и регулируется интеллектуальным контроллером. Параметры процесса и стратегия оптимизируются с помощью машинного обучения, что в конечном итоге должно обеспечить производство деталей со 100-процентным качеством. После соответствующей фазы обучения процессы также могут быть смоделированы, а оптимизированные параметры процесса могут быть заданы заранее. Главной целью проекта является масштабное энергосбережение и ресурсосберегающее производство. В этом особенно заинтересованы три промышленных партнера Ceratizit, thyssenkrupp и Philips.
В thyssenkrupp лазер предназначен для структурирования валиков для тиснения. Сегодня они обрабатываются с помощью электроэрозионной обработки. На это затрачивается более 10 ГВтч в год. Лазер должен сэкономить 90 процентов этого и, кроме того, добиться десятикратного увеличения срока службы валиков для тиснения за счет точной реструктуризации изношенных поверхностей. Ceratizit занимается производством штампов из твердого сплава и штампов для тиснения, а также восстановлением изношенных инструментов. С цепочкой фотонных процессов это должно происходить быстрее и экономичнее. В этом проекте Philips хочет значительно упростить производство продукта потребительского сектора с универсальной лазерной обрабатывающей головкой.
ЕС-Проект МЕТАМОРФА
Вместе партнеры по проекту хотят объединить новейшие лазерные технологии, технологические знания и ноу-хау управления, чтобы заменить устоявшиеся процессы, такие как искровая эрозия или влажное химическое травление, и таким образом сэкономить значительное количество энергии и ресурсов. Обработка инструментов с помощью лазерной обработки материалов также является важным шагом на пути к рациональному использованию ресурсов. В конечном итоге лазерная технология внесет значительный вклад в защиту окружающей среды и здоровья. Проект стартовал 1 сентября 2022 года и будет финансироваться Европейским союзом в течение четырех лет.
