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Laserline blue: Eine neue Dimension in der Lasermaterialbearbeitung

Die Herausforderung

Die geringe Energieabsorption hochreflektierender Metalle wie Kupfer oder Gold im Wellenlängenbereich von 1000 nm stellt eine große Herausforderung für Standard-IR-Laser dar. Die erforderlichen hohen Ausgangsintensitäten führen zu Prozessen, die häufig durch turbulente Schmelzbäder und Spritzerbildung gekennzeichnet sind. Diese Faktoren sind bei der Bearbeitung von elektrischen Bauteilen kritisch.

Die Lösung

Die blaue Hochleistungsdiodenlaser-Serie von Laserline optimiert die Bearbeitung von Kupfer, Gold und deren Legierungen in vielfältiger Weise. Mit etwa 445 nm Wellenlänge sind sie die idealen Strahlquellen für die Laserbearbeitung von hochreflektierenden Metallen. Die mehrfach höhere Absorption ermöglicht deutlich geringere Intensitäten und größere Laserspots.

Effizienz durch blaues Laserlicht

Der blaue Diodenlaser revolutioniert die Verarbeitung von Kupfer, Gold und anderen hochreflektierenden Metallen in mehrfacher Hinsicht. Die direkte Erzeugung von bis zu 4 kW (cw) blauem Laserlicht direkt aus der Diode im 445-nm-Wellenlängenbereich ist einzigartig für Industrielaser und vermeidet zudem den Umweg über komplexe und ineffiziente Wellenlängenumwandlungen. Gleichzeitig wird die Absorption und damit die Prozesseffizienz im Vergleich zu IR-Lasern um ein Vielfaches erhöht. Die präzise steuerbare Energiedeposition des Diodenlasers ermöglicht das Aufschmelzen von Kupfer ohne Verdampfung, was zu einer bisher unerreichten Stabilität des Schmelzbades führt. Dies eröffnet neue Anwendungsmöglichkeiten, wie beispielsweise das Wärmeleitungsschweißen dünner Kupferfolien oder spritzerfreie Schweißprozesse von elektrischen Steckverbindern.

Anwendungsbeispiele mit blauen Diodenlasern

Das Schweißen von Hairpins

2,9 kW | Single Pin 9,9 mm²

Schweißen von Hairpins | 9,9 mm(Einzelpin)

  • Einfaches und robustes Verfahren

  • Hohe Absorption und große Spotgrößen

  • Akzeptiert Lücken, Fluchtungsfehler und Bauteiltoleranzen

  • Kurze Prozesszeiten durch sofortige Schmelzbadbildung

Additive Fertigung mit Kupfer und seinen Legierungen

  • Mindestens 5 Mal höhere Aufbauraten im Vergleich zu IR-Lasern
  • Stabiler Prozess für die Additive Fertigung mit reinem Kupfer und seinen Legierungen
  • Etwa 20 % effizienteres Verfahren für Edelstahl, Ni- und Co-Legierungen

Pulver Wirkungsgrad: >80%

Aufbau: Reines Kupfer-Schüttgut

Dichte: >99,8%

Unterstützt durch DMG MORI Ultrasonic Lasertec GmbH

Unterwasserbestrahlung mit blauen Diodenlasern

  • Die blaue Wellenlänge breitet sich perfekt im Wasser aus
  • Die Unterwasserbestrahlung mit Laser ermöglicht eine Reihe von thermischen und biochemischen Prozessen
  • Ein Beispiel ist die Entfernung von hartnäckigem Bewuchs auf maritimen Oberflächen
  • Das Reinigungsverfahren mit blauen Lasern ist schonender, umweltfreundlicher und auch effizienter als herkömmliche Verfahren
  • Das blaue Laserlicht eines Laserline LDMblue wirkt zellschädigend 
  • Ziel ist es, angesiedelte Meeresorganismen so zu schädigen, dass der Bewuchs von der Strömung weggespült wird

Bildquelle: LZH

Hybrid Laser Prozess: Blue + NIR

Die Kombination der blauen Laserstrahlung des LDMblue mit einem High Power Laser im infraroten Wellenlängenbereich, führt zu sehr stabilen und nahezu spritzerfreien Tiefschweissprozessen. Der blaue Laser stabilisiert den Prozess auch bei tiefen Einschweissungen. Der NIR Laser liefert die zusätzliche Energie. Laserline hat hierfür spezielle Hybridoptiken entwickelt, die den blauen und den NIR Laserstrahl zusammenführen.

Erfahren Sie mehr in unserem Journal Beitrag über das Schweißen von Kupferbauteilen

Die technischen Vorzüge auf einen Blick

Blaue Diodenlaser basieren auf der Technologie unserer modularen Produktfamilien, die sich seit vielen Jahren in der industriellen Anwendung bewährt haben. In dieser Leistungsklasse bieten unsere blauen Laser das kompakteste sichtbare Laserlicht.

  • Bis zu 4.000 W Laserleistung (CW) bei einer Wellenlänge von etwa 445 nm
  • Scanner oder feststehende Optiken für eine optimale Strahlführung
  • Optimierte Absorbtion bei stark reflektierenden Metallen
  • Praxiserprobte Systemarchitektur
  • Sehr stabiler Prozess mit ruhigen Schmelzbadeigenschaften
  • 2fach Strahlweiche (Option)

Laserline blaue Diodenlaser im Überblick

Max. Laserleistung*400 W800 W1.800 W2.000 W1.500 W3.000 W4.000 W
Strahlqualität20 mm.mrad20 mm.mrad30 mm.mrad60 mm.mrad20 mm.mrad30 mm.mrad30mm.mrad 
 Andere Leistungen und prozessangepasste Strahlqualitäten verfügbar
Lichtleitkabel400 µm [NA 0,1]400 µm [NA 0,1]600 µm [NA 0,1]600 µm [NA 0,2]400 µm [NA 0,1]600 µm [NA 0,1]600 µm [NA 0,1]
FaserlängeFaserlängen von bis zu 20 m
Leistungsstabilität< ± 2% über 2 Stunden
Wellenlängenbereich445 nm ± 20 nm
ProduktserieLDMblueLDFblue

*Leistungsangabe bei Faserlänge 5 m.

 

Einsatz blauer Diodenlaser in der Industrie - Wie alles begann

2018 waren erstmals blaue Diodenlaser verfügbar. Innerhalb von drei Jahren konnte in Verbindung mit der Fördermaßnahme Effiziente Hochleistungs-Laserstrahlquellen (EffiLAS) des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) ein blauer Hochleistungslaser gebaut und für die Materialbearbeitung optimiert werden. Die weltweit einzigartige Entwicklung ermöglicht ein neues Segment in der Lasertechnik: Die Bearbeitung von Materialien mit Laserstrahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich.

In vielen industriellen Anwendungen erzielen Infrarotlaser exzellente Resultate. Für die Bearbeitung von Buntmetallen, insbesondere Kupfer, ist die Infrarotstrahlung allerdings schlechter geeignet. Ein wesentlicher Grund ist die bei Buntmetallen sehr geringe Absorption von Laserstrahlung in diesem Wellenlängenbereich. Dadurch laufen Schweißprozesse oft instabil und entstehende Schweißfehler in der Produktion führen zu Ausschuss. Um eine hohe Absorption zu erzielen, ist die Verwendung der kurzen Wellenlängen von blauem Licht mit 450 nm ideal. Die vielfach höhere Absorption ermöglicht qualitativ hochwertige und gleichmäßige Schweißergebnisse bei der Laserbearbeitung von Kupfer. Mit der Verfügbarkeit der blauen Laserstrahlung entstehen neue Anwendungsmöglichkeiten für die Laserbearbeitung von Buntmetallen wie Kupfer oder Gold, aber auch für das Fügen verschiedener Metalle. Speziell im Bereich der regenerativen Energien und der alternativen Antriebe liegt ein neues Potenzial für den Einsatz von blauen Lasern in der Produktion. So werden bei der Herstellung von Elektroautos rund acht Kilogramm mehr Kupfer verarbeitet als bei Pkw mit Verbrennungsmotor. Ein kleiner Wert, der aber in der Summe ein weites Feld von Einsatzmöglichkeiten für blaue Laser bietet. Beispielsweise werden bei der Herstellung von Batterien zehn Mikrometer dünne Kupferteile zusammengefügt oder auch mit anderen Metallen verbunden. Dies wird durch den Einsatz von Hochleistungsdiodenlasern mit blauem Lichtspektrum erstmals möglich.
Deutlich mehr Kupfer wird bei der Herstellung von Windkraftanlagen benötigt. Bei großen Offshore-Windrädern werden bis zu 30 Tonnen Kupfer verbaut – auch hier ist der Einsatz des Lasers in Zukunft denkbar. Durch die hohe Nahtqualität eignet sich das Verfahren zudem außerordentlich gut für Anwendungen in der Elektrotechnik – speziell bei der Herstellung von Komponenten in der Leistungselektronik, bei denen die Fügestellen besonders temperaturbeständig sein müssen.
Über die Elektronikanwendungen hinaus, ermöglicht der blaue Laser durch die neue Wellenlänge auch die Bearbeitung von Gold, wodurch neue Anwendungen in der Schmuckherstellung realisierbar sind. Mit fortschreitender technischer Entwicklung wird die Erschließung zahlreicher weitere Anwendungsbereiche in naher Zukunft erwartet – wodurch die Fortführung der rasanten Technologieinnovation bei Hochleistungsdiodenlasern für die industrielle Produktion im neuen Wellenlängenbereich gestartet wird.