Mikrobohren / Laserbohren

 

MIKROBOHREN

LASERMIKROBEARBEITUNG


Wir haben langjährige Erfahrung in der Herstellung von Mikrobohrungen mittels Laser. Dabei bearbeiten wir neben Standardwerkstoffen (wie Edelstahl, Kupferlegierungen und Kunststoffen) auch harte und schwer zu bearbeitende Werkstoffe wie gehärteten Stahl, Hartmetall, Keramik und Diamant.

Mit dem Laser steht ein sehr flexibles Werkzeug zur Verfügung. Es können Lochformen von kreisförmig über elliptisch und polygon bis zu Freiformen realisiert werden. Auch der Konus einer Bohrung kann gezielt beeinflusst werden. Abhängig vom späteren Einsatzgebiet kann die Bohrung in die Tiefe zylindrisch sein oder sich aber konisch erweitern oder verengen.

Die Anwendungen sind vielfältig. So kann der Laser einerseits sehr kleine und präzise Löcher mit Aspektverhältnissen bis 15 erzeugen. Andererseits werden dünne Bleche, Folien und Schichten nahezu gratfrei mit sehr hoher Geschwindigkeit gebohrt um Tausende von Löchern pro Minute zum Beispiel für Perforationen herzustellen. Je nach Applikation und Kundenwunsch werden von uns Verfahren vorgeschlagen, ausgewählt und optimiert.

 

AN­FOR­DE­RUN­GEN


An das hochpräzise Bohren mittels Laser werden im Wesentlichen vier Anforderungen gestellt:
Zeit, Qualität, Flexibilität und Reproduzierbarkeit.

Zeit

Die Bohrzeit muss kurz genug sein, damit das Laserbohren in den Wettbwerb zu konventionellen Bohrverfahren, EDM und Stanzen treten kann.

Qualität

Gerade beim Mikrobohren werden sehr hohe Anforderungen an die Qualität gestellt. Wesentliche Merkmale sind:

  • kein Grat
  • Durchmesser bis 30µm
  • Rundheit +/- 1%
  • scharfe oder verrundete Kanten
  • keine Schmelze oder Ablagerungen
  • vernachlässigbare Wärmeeinflusszone
  • Flexibilität
  • Einstellbarer Taper (positiv, negativ, zylindrisch), verschiedene Lochgeometrien innerhalb eines Bauteils,
  • Materialdicke von bis 1.5mm.

Reproduzierbarkeit

Für den Einsatz in der industriellen Fertigung spielt die Reproduzierbarkeit eine wesentliche Rolle. Als Richtwert gilt hier, dass bei einer 24/7 Produktion der Durchmesser einer 100µm-Bohrung auf +/- 1µm genau eingehalten werden sollte.

 

PRODUKT­BILDER


Trepanieren und Wendelbohren

Bohrmatrix

Laserbohren
Mikrobohren
Trepanieren

 

Injektor

Wendelbohren
Laser bohren
Bohrlaser

 

Einspritzplättchen

Laser bohren Einspritzplättchen
Mikrobohren Injektorplättchen
Laserbohren Werkzeugstahl

 

ERFOLGS­FAKTOREN


Um diese Anforderungen erreichen zu können, spielen vier Einflussfaktoren eine Rolle: Prozess-Know-How, Strahlquelle, Bohroptik und Anlagentechnik.

Prozess-Know-How

Zum präzisen und wiederholbaren Laserbohren muss der Bohrprozess mit all seinen Vorgängen verstanden worden sein. Nur so kann eine geeignete Bohrstrategie festgelegt, die Prozessparameter während des Bohrvorgangs entsprechend verändert und Prozessgase sinnvoll eingesetzt werden.

Seit ihrer Gründung beschäftigt sich die GFH GmbH mit der Herstellung von Mikrobohrungen mittels Laser. Über die Jahre wurde in unserem Unternehmen ein großer Erfahrungsschatz über den Bohrprozess aufgebaut. Mit diesem Wissen können wir Sie bei Ihren Anfragen und Applikationen kompetent und zielführend beraten.

Strahlquelle

Die Wahl des Lasers hat vor allem auf die Bearbeitungszeit und die Bohrlochqualität erheblichen Einfluss.
So bestimmen die Geometrie der Bohrung und das Material des Werkstückes den optimalen Laser hinsichtlich Pulslänge, Pulsenergie, Wellenlänge und Frequenz.

In der GFH GmbH stehen verschiedene Kurz- und Ultrakurzpulslaser zur Verfügung, so dass damit ein sehr
breiter Anwendungsbereich abgedeckt werden kann.

Bohroptik

Zur Erzeugung hochpräziser und runder Mikrobohrungen mit variablen Aspektverhältnissen muss der fokussierte Laserstrahl auf eine taumelnde Kreisbewegung gebracht werden. Dieses Verfahren wird als Trepanieren bezeichnet. Um diese Manipulation des Strahls zu erreichen, wird eine spezielle Bohroptik eingesetzt. Um qualitativ hochwertige Bohrungen in akzeptablen Bohrzeiten erreichen zu können, muss die Bohroptik eine Veränderung des Lochdurchmessers während der Bearbeitung erlauben (Spirallieren). Auch die Verstellung des Anstellwinkels sollte automatisiert und während des Prozesses möglich sein, da nur so eine Reproduzierbarkeit gewährleistet werden kann.

Um die hohen Repetitionsraten moderner Kurzpulslaser ausnutzen zu können, rotieren diese Optiken mit mehreren tausend Umdrehungen pro Minute. Daher sollten darin keine verstellbaren Komponenten enthalten sein. Dies würde den Schwerpunkt verlagern und kann deshalb zu einer Beeinflussung des Bohrergebnisses führen. Zudem ist ein mitrotierendes Intensitätsprofil des Strahles von Vorteil, weil dadurch selbst mit einem nicht perfekt runden Fokusspot, runde Präzisionsbohrungen erzeugt werden können.

Die GFH GmbH bietet dem Kunden mit der Bohroptik GL.trepan ein Produkt, welches all diese wesentlichen Anforderungen umgesetzt hat und somit dem Kunden optimale Bohrergebnisse liefert.

Anlagentechnik

Neben der Bohroptik spielt auch die Anlagentechnik eine entscheidende Rolle. Um qualitativ hochwertige und wiederholbare Ergebnisse erzielen zu können, muss der Laser und die Optik komplett in die Anlage integriert und eingebunden sein. Außerdem muss diese mit einem hochpräzisen Positioniersystem ausgestattet sein, damit die bei Mikrobohrungen in der Regel sehr engen Positionstoleranzen gehalten werden können.

 

ZUSÄTZLICHE IN­FOR­MA­TIO­NEN


Mit den Laseranlagen GL.evo und GL.compact hat die GFH GmbH zwei Maschinen im Angebot, welche diese Kriterien erfüllen. Die Bohroptik GL.trepan ist in das Maschinenkonzept komplett eingebunden und erlaubt dadurch die flexible Erzeugung von hochgenauen Mikrobohrungen.

 

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