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Anwendung der Lasermanufacturierungstechnologie in der Automobilindustrie

Categories： Branchen nachrichten

Time of issue：2017-01-04 13:38

In den letzten Jahren hat sich die Lasermanufacturing-Technologie in Hochtechnologiebereiche und -industrien durchgesetzt und beginnt, bestimmte traditionelle Fertigungsbranchen zu ersetzen oder zu transformieren. Die Lasermanufacturing-Technologie spielt zunehmend eine wichtige Rolle dabei, das Entwicklungs- und Fertigungsniveau der Automobilindustrie zu verbessern.
Die durch Wechselwirkung mit Materie und entsprechenden Anforderungen mittels Laser durchgeführten Bearbeitungs- oder Formgebungsverfahren werden allgemein als Lasermanufaktur bezeichnet. In den letzten 20 Jahren hat sich die Lasermanufakturtechnologie bereits in Hochtechnologiebereiche und -industrien eingebürgert und beginnt, bestimmte traditionelle Fertigungsbranchen zu ersetzen oder zu transformieren. In der Automobilindustrie entwickelter Länder werden bereits 50 % bis 70 % der Komponenten mithilfe von Laserverfahren hergestellt. Die Lasermanufakturtechnologie spielt dabei eine zunehmend wichtige Rolle bei der Verbesserung des Entwicklungs- und Fertigungsniveaus in der Automobilindustrie.
1. Eigenschaften der Lasermanufacturing-Technologie
Derzeit sind Laser die Hauptlichtquellen, die in der Lasermanufacturing-Technologie eingesetzt werden. Der Laserstrahl zeichnet sich durch eine hohe Energiedichte, hohe Monochromatizität und hohe Richtwirkung aus, wodurch die Lasermanufacturing-Technologie zahlreiche Vorteile bietet, die herkömmlichen Fertigungstechniken weit überlegen sind. Das Werkzeug, das bei dieser Technologie verwendet wird, ist das "Lasermesser": Beim Bearbeiten verschleißt es keine Werkzeuge. Zudem wirken während des Prozesses keinerlei Schnittkräfte auf das Werkstück ein, sodass dieses weder kaltbearbeitungsbedingte Verformungen noch thermische Verformungen erfährt. Da die Energieeinspeisung während des Bearbeitungsprozesses äußerst schnell erfolgt und gleichzeitig die Wärmeeinwirkung auf das Werkstück minimal gehalten wird, bleibt dessen thermische Verformung ebenfalls gering – so kann nahezu oder sogar im Zustand der "Kalt"-Bearbeitung gearbeitet werden. Dadurch lassen sich hochpräzise Fertigungen realisieren, die mit konventionellen Technologien nicht möglich wären. Darüber hinaus verfügt der Laser über eine ausgezeichnete räumliche Steuerbarkeit (wie z. B. Änderung der Strahlrichtung, Drehung oder Abtastung) sowie zeitliche Kontrolle (Ein- und Ausschalten, Impulsabstände), was ihn besonders gut für automatisierte Fertigungsprozesse geeignet macht und somit in der Massenproduktion hohe Effizienz ermöglicht. Die Lasertechnik bietet zudem große Freiheiten hinsichtlich der Materialien, Formen, Größen und der Bearbeitungsbedingungen des zu bearbeitenden Objekts. Zudem ist sie geräuscharm, erzeugt weder schädliche Strahlen noch gefährliche Rückstände, und der Produktionsprozess belastet die Umwelt nur geringfügig. Dadurch können Werkzeuge eingespart, die Entwicklungszyklen von Produkten verkürzt sowie deren Entwicklungskosten gesenkt werden. Zudem entstehen kaum Materialverschwendung, was in der großtechnischen Produktion zu niedrigen Herstellungskosten führt.
2. Kategorien der Lasermanufacturingstechnologien in der Automobilindustrie
Die Lasermanufacturingstechnologien in der Automobilindustrie können in die drei Kategorien Laser-"Kalt"-Bearbeitung, Laser-"Wärme"-Bearbeitung und Laser-Schnellprototyping unterteilt werden.
1. Laser-"kalt"-Bearbeitungstechnik
Zu den Lasermanufacturing-Technologien, die der herkömmlichen Kaltbearbeitung entsprechen, gehören Laserschneiden, Laserbohren, Lasermarkieren und Laserschneiden.
Die Laserschneidung ist schnell, die Schnittkanten sind glatt und eben, die Parallelität der Schnittkanten ist ausgezeichnet – es entstehen keine nachträglichen Bearbeitungen; der Schnitt ist schmal; die Schnittkanten weisen weder mechanische Spannungen noch Schergrate auf; zudem ist die Verarbeitungsgenauigkeit hoch, die Wiederholgenauigkeit gut und die Oberfläche des Werkstücks wird nicht beschädigt.
Laserbohren ist schnell und effizient und eignet sich besonders für die Bearbeitung großer Mengen eng beieinander liegender Löcher. Durch das Laserbohren lässt sich ein hoher Tiefen-Durchmesser-Verhältnis erzielen; zudem kann damit in verschiedenen Materialien wie hart, spröde oder weich gearbeitet werden – sogar kleine Löcher können in geneigten Flächen schwierig zu bearbeitender Materialien angebracht werden. Darüber hinaus ist das Laserbohrverfahren sauber und umweltfreundlich, da es keine Verschmutzung verursacht.
Laserbeschriftung ist eine berührungslose Beschriftungsmethode, die schnell ist und die Markierungen widerstandsfähig gegen Abnutzung macht. Zudem lässt sich die Lasermarkieranlage besonders leicht in Produktionslinien integrieren.
Die Laserschneidbearbeitung ist eine Verfahrensmethode, die dem Fräsen in der mechanischen Bearbeitung ähnelt; dabei wird ein fokussierter Laserstrahl verwendet, um das Material schichtweise zu bearbeiten und abzutragen.
 
 
2. Laser-"Wärme"-Bearbeitungstechnik
Zu den Lasermanufacturing-Technologien, die der herkömmlichen thermischen Verarbeitung entsprechen, gehören Laserschweißen, Laseroberflächenverfestigung, Laser-Auftragschweißen und Legierung.
Die Laserschweißung ist ein Verfahren, bei dem ein hochintensiver Laserstrahl das zu schweißende Metall lokal auf eine Temperatur über der Schmelztemperatur erhitzt, sodass es miteinander verschmilzt und eine Schweißverbindung entsteht. Mit dieser Methode können spezielle Materialien wie hochschmelzende Metalle, Nichtmetalle und Verbundwerkstoffe geschweißt werden; zudem ermöglicht sie das Schweißen unterschiedlicher Werkstoffe sowie von Bauteilen mit komplexen Geometrien. Die Schweißnaht verfügt über eine "Selbstreinigungswirkung", wodurch hohe Schweißnahtqualität erreicht wird. Zudem erlaubt das Verfahren präzise Schweißungen, wobei in der Regel kein Zusatzmaterial erforderlich ist. Durch den Einsatz eines Lichtleitsystems kann der Laserstrahl mit mehreren Geräten zu einem flexiblen Fertigungssystem kombiniert werden, was einen hohen Automatisierungsgrad und eine hohe Produktionsleistung ermöglicht. Bei Hochenergiestrahlschweißverfahren zeichnet sich die Laserschweißung vor allem dadurch aus, dass keine Vakuumkammer benötigt wird und keine Röntgenstrahlen entstehen.
Die laserinduzierte Oberflächenverfestigung wird in zwei Verfahren unterteilt: die Laserphasenumwandlungshärtung und die Laserschmelzverfestigung. Die Laserphasenumwandlungshärtung, auch bekannt als Laserhärten, erfolgt durch schnelles Abtasten des Werkstücks mit einem hochenergetischen Laserstrahl, wodurch die Temperatur der bestrahlten Metalloberfläche oder Legierungsfläche extrem schnell über den Phasenumwandlungspunkt erhöht wird. Wenn der Laserstrahl die bestrahlte Stelle verlässt, kühlt sich das im kalten Zustand befindliche Grundmaterial aufgrund der Wärmeleitung rasch ab und führt dadurch eine eigenständige Abschreckung durch, die zu einer feineren Härteschichtstruktur führt, deren Härte normalerweise höher ist als bei herkömmlichen Abschreckverfahren. Der Prozess der Laserschmelzverfestigung ähnelt dem oben beschriebenen Vorgang; der Unterschied besteht darin, dass der Laser die Erwärmungstemperatur der Materialoberfläche noch weiter erhöht, sodass schließlich an der Bauteiloberfläche eine Schicht mit feiner Struktur entsteht – die sogenannte Flammenhärtungsschicht.
Die Laserüberzugstechnik nutzt einen energiereichen Laserstrahl, um das Überzugsmaterial zu bestrahlen, wodurch es zusammen mit einer dünnen Schicht der Grundwerkstoffoberfläche schnell aufgeschmolzen und erstarrt wird. Dadurch entsteht ein legierter Überzug mit völlig anderen Zusammensetzungen und Eigenschaften, der metallurgisch mit dem Grundwerkstoff verbunden ist.
3. Laserschnellformtechnik
Die Prinzipien der Laserschnellprototypentechnologie basieren darauf, dass unter computergesteuerter Kontrolle anhand von CAD-Designmodellen und -daten des Bauteils das Formmaterial schichtweise durch einen Laserstrahl gehärtet wird. Dabei werden die Oberflächen (Schichten) des Bauteils aus Punkten und Linien aufgebaut, die präzise zu einem dreidimensionalen实物modell oder Bauteil aufgetragen werden. Durch den Einsatz der Laserschnellprototypentechnologie können Produktentwicklungszyklen erheblich verkürzt und Entwicklungskosten stark gesenkt werden. Gleichzeitig lassen sich schnell Produkte herstellen, die flexibel auf Marktveränderungen reagieren können – ein entscheidender Vorteil, um die Wettbewerbsfähigkeit am Markt zu wahren und zu stärken. Darüber hinaus stellt die Laserschnellprototypentechnologie auch eine effektive technische Möglichkeit dar, um paralleles Engineering sowie agile Fertigung umzusetzen.
Die Automobilindustrie tritt in eine Phase der schlanken Produktion ein, die flexible Fertigungsverfahren ermöglicht, die genau auf die Anforderungen der Kunden abgestimmt sind. In der Automobilbranche hat sich bereits eine flexible modulare Produktionsweise etabliert. Gleichzeitig entwickelt sich die moderne Automobilindustrie zunehmend in Richtung hochinnovativer Technologien. Die Automobiltechnologie durchläuft derzeit einen Wandel – von traditionellen mechanischen Fertigungstechniken hin zu fortschrittlichen, intelligenten Fertigungstechnologien. Die Lasermanufacturing-Technologie verleiht der Entwicklung und Produktion von Fahrzeugen neuen Schwung. Es ist davon auszugehen, dass die Anwendung der Lasermanufacturing-Technologie in der Automobilindustrie künftig rasant wachsen wird und zu einer wichtigen Fertigungsmethode für die Branche avancieren wird. (Quelle: JiaGong Machinery Network)

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