GFH GmbH Laser Community

 

GFH erfindet das Laserdrehen.

 

„Verdammt, der Mann hat recht", denkt sich GFH-Geschäftsführer Florian Lendner.„Verdammt, der Mann hat recht", denkt sich GFH-Geschäftsführer Florian Lendner.Einer seiner Kunden aus der Medizintechnik hat ihm eben gesagt, dass der Laser fürihn erst dann das perfekte Werkzeug wäre, wenn er damit auch drehen könnte. Lendnerfängt sofort an, darüber nachzudenken: Drehen ist bisher das einzige spanabhebendeVerfahren, für das es noch keine praktische Laser-Alternative gibt. Und daswill Lendner jetzt ändern.Beim Drehen rotiert das Werkstück, ein Meißel fährt an seiner Kontur entlangund trägt Material ab. Die Kraft, die auf das Bauteil wirkt, ist die sogenannte Zerspankraft.Und genau darum geht es Lendner. Die GFH-Maschinen machen keine fingergroßenVentile oder dicke Kolben. GFH baut Maschinen zur Mikrobearbeitung undzerspanende Kräfte kann man in der Mikrobearbeitung nicht leiden. Seine Kundenwollen mikrometerdünne, winzige medizinische Pinzetten produzieren, kunstvolleMini-Armbanduhrzeiger oder feinste Elektronikmodule. Kommt da die etwas grobeZerspankraft daher, droht ständig Ausschuss durch Verformung. Deshalb ersetzt inden GFH-Maschinen der Laser die mechanischen Zerspanungswerkzeuge für Bohren,Fräsen und Oberflächenbearbeitung. Nur Drehen geht eben noch nicht per Laser.Dabei gibt es auch hier das altbekannte Problem mit mechanischen Werkzeugenin der Mikrobearbeitung. „Wenn die Drehmeißel immer feiner werden, verschleißensie sehr schnell. So werden viele Werkzeugwechsel nötig“, sagt Lendner. „Undzum anderen erreichen auch die winzigsten Drehmeißel irgendwann schlicht einephysikalische Grenze.“Lendner und sein Team tun also, was sie die letzten 20 Jahre taten: Sie überlegensich, wie sie ein mechanisches Werkzeug durch ultrakurz gepulste Laser (UKP)ersetzen. Beim Strukturieren, Schneiden und Bohren auf Mikroebene ist ihnen dasschon gelungen. Mehr als das: GFH packt alle drei UKP-Laser-Bearbeitungsverfahrenin Kombimaschinen. Das Werkstück braucht man so nicht einmal umzuspannen.Lendner ist stolz. Und genau jetzt kommt ein Kunde aus der Medizintechnikund will auch noch Laserdrehen obendrauf.

 

 

Lasermikrobearbeitungsanlage

 

Die GL.smart kombiniert vier UKP-Laser-Bearbeitungsschritte im Mikrobereich: Schneiden, Bohren, Strukturieren und Drehen.

Das Werkstück kann die Anlage durchlaufen, ohne auch nur einmal umgespannt zu werden. Die patentierte Trepanieroptik arbeitet flüssig jeden Bearbeitungsschritt hintereinander ab bis zum Finish.

 

 

DIE ZWEITE LUFT

„Der UKP-Laser ist ein universelles Werkzeug. Sein Licht„Der UKP-Laser ist ein universelles Werkzeug. Sein Lichtberührt nicht, erwärmt nicht. Er nimmt mikrometergenau genau das Material weg,das wir weghaben wollen. Also gibt es eigentlich keinen Grund, warum man mitLaserpulsen nicht auch drehen können sollte“, sagt Lendner.Doch die Realität ist härter als gedacht. Schon die ersten Versuche an Musterteilenfordern das gesamte Know-how und die geballte Frustrationstoleranz seines Teams. Lendnererzählt: „Ich kam an den Punkt, wo ich mir überlegte, ob das der Mühe überhauptwert ist. Darum haben wir die ersten Ergebnisse veröffentlicht, um mal zu schauen, werüberhaupt Interesse am Laserdrehen hat.“ Die Resonanz ist riesig und geht weit überdie Medizintechnik hinaus. „Wir sahen, der Bedarf ist da, mit dem Laserdrehen könntenwir echt was reißen!“ Ein Energieschub für das GFH-Team – es kriegt die zweite Luft.

  

DREHT EUCH BEIDE

Die brauchen sie auch, denn es liegen immer noch JahreDie brauchen sie auch, denn es liegen immer noch Jahreder Entwicklung vor ihnen. Das Hauptproblem ist die Bearbeitungsgeschwindigkeit.„Bei einem rotierenden Teil bearbeitet der Laser immer nur einen schmalen StreifenOberfläche, nämlich den, der der Optik gerade zugewandt ist. Es kommt also daraufan, wie schnell die Maschine eine neue, unbearbeitete Oberfläche ins Licht drehenkann.“ Mit einer luftgelagerten, hochgenauen Drehachse erreicht das Werkstück3.500 Umdrehungen pro Minute. Für das menschliche Auge ist das zwar irrsinnigschnell, aber aus Sicht eines in Pikosekunden gepulsten Lasers dreht sich das Teil inquälender Zeitlupe. Der Laser kann nur eine Linie bearbeiten. Also ein, zwei Kaffeetrinken, ein Buch lesen, Mittagspause machen, die Star-Wars-Trilogie im Director’sCut schauen und dann mal nachsehen gehen, ob es wieder was zu tun gibt. „Aufdiese Weise ist der Materialabtrag einfach zu langsam, um wirtschaftlich zu sein.“Doch dann kommt dem Team der entscheidende Gedanke: Für ein rotierendesStück Metall gibt es zwar allerlei physikalische Grenzen. Für körperloses Licht gibtes die jedoch nicht. Also sagten sich die Entwickler: Lassen wir doch auch den Laserstrahlrotieren, und zwar rasend schnell! Wird der Strahl auf das sich drehende Werkzeuggesetzt, erhöht sich die Bearbeitungsgeschwindigkeit durch die gegenläufigen Drehungen signifikant. Mit der frischen Idee kommt die dritte Luft. Die GFH-IngenieureDrehungen signifikant. Mit der frischen Idee kommt die dritte Luft. Die GFH-Ingenieuregreifen jetzt zu einer sogenannten Trepanieroptik, die sie eigentlich für einanderes Projekt entwickelt haben. Kernstück der Trepanieroptik sind rotierendeZylinderlinsen, gefasst in einer extrem fein ausgewuchteten Präzisionsspindel. Sielässt den Fokus bis zu 30.000-mal pro Minute um das Werkstück kreisen und feuertdabei blitzschnelle Salven ultrakurzer Pulse ab. Im ersten, gröberen Schritt, demSchruppen, dampft das Licht mit hohem Energieeintrag möglichst viel Materialweg. In der anschließenden Feinbearbeitung, dem Schlichtprozess, sorgt es dannmit weniger Energie für die finale Oberflächenqualität. Das Projekt „Laserdrehen“ist geschafft!

 

Florian Lendner
Auch die winzigsten Drehmeissel erreichen irgendwann eine physikalische Grenze. Da kommt man nur mit Laserlicht drüber.
Florian Lendner, GFH-Geschäftsführer

 

UND NOCH EIN TRIUMPH

Die Trepanieroptik hat aber noch mehr drauf.Die Trepanieroptik hat aber noch mehr drauf.Denn mit einem Strahl, der in vielen Winkeln auf die Oberfläche trifft und kreisenkann, schneidet und bohrt es sich auch besser im Mikrobereich. „Wir können nundie Wandschrägen von Ausschnitten und Bohrungen exakt bestimmen und sogarLöcher erzeugen, die sich nach unten weiten“, sagt Lendner. „Machen Sie das malmit einem mechanischen Bohrer!“Und die Euphoriekurve des Teams geht steil, als sich – wie insgeheim erhofft –zeigt, dass sich jetzt auch Saphirglas, Keramik und Diamant ruck, zuck bearbeitenlassen. Das sind Werkstoffe, die sich sonst jedem mechanischen Zerspanen hartnäckigwidersetzen und ein Werkzeug nach dem anderen killen. Lendner kommentiertetwas nüchterner: „Hier zeigt sich ein ganz entscheidender Vorteil der Lasertechnologiegegenüber konventionellen Fertigungsverfahren: keine Last auf demTeil, kein Verschleiß am Werkzeug. Das macht die Technologie so wirtschaftlich.“Seit 2020 steht die Mikrobearbeitungsmaschine GL.smart bei mehreren Kunden –auch aus der Medizintechnik, woher die Initialidee kam. Sie ist die erste Anlage, diealle vier spanenden Verfahren im Mikrobereich per Laser kombiniert: Bohren, Strukturieren,Schneiden – und Drehen. „Naja, von ‚Spanen‘ kann man beim Ultrakurzpulslaserja eigentlich nicht wirklich sprechen, eher von ‚Verdampfen‘, aber so verstehthalt jeder sofort, was gemeint ist“, sagt Lendner und strahlt.

 

 

Lasermikrobearbeitungsanlage
Prinzip des Laserdrehens: Links die luftgelagerte Drehachse, die das Werkstück hält; von oben arbeitet die Trepanieroptik. Das Werkstück rotiert mit 3.500 Umdrehungen pro Minute, der Fokus kreist 30.000-mal pro Minute.