LASER BLIJFT TERREIN WINNEN DANKZIJ NIEUWE INNOVATIES

Professionele trends, toepassingen en kansen

Lasers kunnen als thermisch gereedschap nagenoeg alle klussen aan. Steeds vaker vervangen ze conventionele technieken of worden ze gebruikt als aanvulling. Nu daar ultrakort gepulste en relatief koude processen bij komen, neemt het spectrum aan toepassingen van de lasertechnologie nog toe in de industrie. Op 17 april organiseerde Mikrocentrum in samenwerking met de Universiteit van Twente en Laser Applicatie Centrum het Laser Event '18. Naast een sterk inhoudelijk programma het ideale moment voor specialisten uit de branche om contacten te leggen met conculega's.

 

LASERS

De leerstoel 'Laser Processing' op de Technische Universiteit Twente in Enschede spitst zich toe op materiaalbewerking. Meer bepaald het op micro- en nanoschaal bewerken door middel van veelbelovende ultrakort gepulste lasers (USP), lasercladding en additive manufacturing, gebruikmakend van geavanceerde hoogvermogenslasers, komt er aan bod. Kortom, de geschikte locatie voor het Laser Event '18, waar trends en ontwikkelingen in de lasertechnologie onder de loep werden genomen. Een programma dat naadloos aansluit bij de activiteiten binnen de groep van professor Gert-Willem Römer. Zowel de Belgische als Nederlandse deelnemers uit de maakindustrie kregen een interessante mix van voordrachten en beknopte voorstellingen van bedrijven voorgeschoteld. Er was ook de mogelijkheid tot kennisuitwisseling met fabrikanten, lasergebruikers, onderzoekers en vakcollega's, vooral uit de plaatbewerkingssector.

Toepassingsgebied

We kunnen stellen dat het verschijnsel 'laser' de wereld continu in een of andere vorm blijft verbazen. Het kunstmatig geproduceerde 'licht' blijkt immers oneindige mogelijkheden te bieden. Een laserbron die universeel toepasbaar is met acceptabele resultaten over alle tot nu bekende applicatiegebieden bestaat (nog) niet. In die context gaat het om volledig beheerste macro- en microtoepassingen in de industrie via snijden, lassen en solderen, boren, markeren en graveren, ableren, warmtebehandeling, polijsten en sinds enkele jaren ook additief fabriceren. De laser heeft ook buiten de metaal- en kunststofindustrie grote invloed op de metrologie, de optische communicatie en de medische wereld.

Nieuwe ontwikkelingen

Op het Laser Event stelden we vast dat de industrie met dit speciale gereedschap steeds weer ongekende, fascinerende uitdagingen aankan. Een stelling die Arnold Gillner (ILT) uitwerkte aan de hand van internationale voorbeelden en Akense R&D in de lichtbron. De focus lag daarbij in het bijzonder op de nieuwste hoogvermogensfiber-, diode- en ultrakort gepulste lasers en de interactie ervan met een breed scala aan materialen uit alle applicatiegebieden. Aansluitend verdiepte ook Ronald Verstraeten de kennis van de deelnemers vanuit zijn jarenlange ervaring bij Philips, Trumpf en Reith Laser. Hij verduidelijkte de keuze van een laser voor uiteenlopende toepassingen, zoals golflengte, CW of puls, vermogen, straalkwaliteit, rendement en levensduur.
De focus lag daarbij op laserlassen en -snijden (standaard en fijn), alsmede OP-lassen (cladden), boren en het opkomende ableren met de vier belangrijkste lasertypes (CO2, schijf, fiber en diode). Alleen de juiste keuze zorgt voor een passende bedrijfsmatige oplossing, kijkend naar zowel kosten, kwaliteit en productiviteit. Belangrijk is daarbij om de complete keten voor ogen te houden: laserbron, sturing, machine (vrijstaand, hybride of in lijn), substraat en applicatie. Dit om een optimaal eindresultaat voor het orderpakket te bereiken. Aspecten als deze kwamen ook naar voren tijdens pitches van twee van de twaalf exposanten. Met name Fanuc Benelux, met twee series van inhouse gebouwde CO2- en fiberlasers, alsmede Laser 2000 met industriële lichtbronnen, lasers zoals de nieuwe industriële blauwe laser voor spatvrij Cu-lassen, positioneersystemen en optische apparatuur en componenten. Twee presentaties die voor de aanwezigen ongetwijfeld heel wat bruikbare tips opleverden.

Seriegrootte

Ook in de plaatbewerkingssector wordt er steeds sneller digitaal en geautomatiseerd geproduceerd. Lasertechnieken moeten volgens Herman van Dijck van Absolem Prolab echter nog steeds afrekenen met vooroordelen als duur, gevaarlijk en moeilijk in bedrijf. “De techniek wordt ingezet voor het snijden, lassen en markeren voor grotere aantallen, maar het lijkt op het eerste gezicht niet makkelijk om andere commercieel aantrekkelijke toepassingen te bedenken. Nochtans, lasers leveren als technisch en economisch alternatief ook voor kleine aantallen wel degelijk een winst op ten opzichte van traditionele processen. Voor een juiste aanpak zijn dan wel enige creativiteit, kennis van zaken en kwaliteitsbewustzijn nodig", lichtte hij toe. 
Piet Mosterd (AVVL Techniek) kon zich daar helemaal in vinden. Hij verklaarde dat hij het onbegrijpelijk vindt dat geautomatiseerd laserlassen vandaag nog steeds niet algemeen geaccepteerd is, afgezien van het snel produceren in grotere aantallen. Kleinere series zijn volgens hem minstens zo geschikt, vaak zelfs zonder dat een nabewerking vereist is. Innovatie in software en robots of cobots is daarbij cruciaal.

NIEUW LASERSYSTEEM VOOR INDUSTRIELE VERHITTING
Philips Photonics heeft met de VCSEL-diodelaser (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) een verbreding aan professionele toepassingen kunnen realiseren, onder andere met het sinteren van metallisatielijnen in zonnecellen, het lokaal verweken van hogesterkteplaat en het hechten van vezelversterkte tape. General manager Armand Pruijmboom bracht de tot dusver ongekende eigenschappen, voor- en nadelen en applicatiebereiken van deze chip, afkomstig uit de halfgeleiderindustrie, naar voren. 4 mW vermogen, met drie miljoen in een array of blok samen goed voor 10 MW. Als compacte hittebron wordt iedere makkelijk te integreren hoogvermogens-VCSEL-module getypeerd door de zowel in tijd als profiel vrij programmeerbare en schaalbare verwarmingszone. Dit middels ster vooruit gerichte straling op kW-niveau in het nabije ir. Een dergelijke robuuste modulaire opgebouwde unit heeft een levensduur van om en bij 20.000 uur en wint het bij plaatselijke verhitting ook nog eens op snelheid, efficiëntie en procesbeheersing ten opzichte van conventionele warmtebronnen. Merkwaardig is het om te horen dat de elektronica van vandaag in de weg staat om nog sneller aan te sturen en te regelen. Op de vraag naar 'echte metaalbewerking' antwoordde de spreker diplomatiek dat de uitgestraalde energie - op z'n minst nu nog - te laag is om er metaal mee te smelten.

Geautomatiseerd uitsorteren

We schreven het al enkele keren, maar moderne bedrijven blijven in toenemende mate opteren voor digitale en verbonden productieprocessen. Vrijwel papierloos, na aanvraag ongekend snel een offerte met een concrete planning en na ontvangst van de werkorder en de CAD-invoer op korte termijn opstarten van de programmering voor een productie op maat met slimme CNC-machines. De nadruk verschuift merkbaar naar kleinere series en enkelstuks. Momenteel worden daaraan het geautomatiseerd uitnemen van de lasersnijmachine en het sorteren toegevoegd. Dit alles met realtimeopvolging door de opdrachtgever.

 

ADDITIVE MANUFACTURING

Additief kent men globaal twee keuzes: Laser Metal Deposition (LMD) of lasercladden en Selective Laser Melting (SLM), meestal in de vorm van poederbedfusie. Volgens Lenn Hoek van Dijke van Trumpf Nederland zijn beide technologieën nu echt uit de laboratoriumsfeer. Uit de mogelijkheden en de functionele vrijheden die hij behandelde, bleek dat er met additive manufacturing geproduceerd kan worden zonder toegevingen aan kwaliteit en sterkte. De technische toepasbaarheid is onder andere afhankelijk van welke specificaties de industriële gebruiker hanteert.
Additive manufacturing of 3D-printen passen immers zonder probleem binnen het Industrie 4.0-verhaal. Jarno Messing (LAC) gaf aansluitend een aantal tips aan de hand van enkele voorbeelden. Waar, vanaf het begin van de zegetocht van de laser, ontwerpen conform DFL-principes (Design for Laser) de primaire voorwaarde vormde voor succesvolle toepassingen, is dat nu ook het geval met design in additieve productie. Vooral lasercladden zit op dit moment in de lift, doordat steeds duidelijker wordt dat deze techniek voor herstellingen of het functioneel opwaarderen een perfecte methode is die aanzienlijk goedkoper is dan het geheel vervangen. Met het verfijnd opbrengen van metalen op zwaar belaste cilindrische vlakken om zonder slijpen af te kunnen, zijn er ook al verschillende stappen gezet.
Gert-Willem Römer (UT) gaf tijdens zijn slotpresentatie zijn visie op de toekomstige ontwikkelingen van materiaalbewerking en additief fabriceren met lasers aan de hand van lopende projecten bij de Universiteit van Twente. Tevens kwam hij terug op een van de cruciale beperkingen in de praktijk van het cladden. WAAM wordt verder ontwikkeld, omdat het gezien wordt als een veelbelovende mogelijkheid om de snelheid van het opgroeien in metaal drastisch op te voeren.

LASER INNOVATION AWARD
Dit jaar waren genomineerd: de firma's AWL Techniek (met Geo Editor), Intermeco (Viking Sapphire schaats), Lightmotif (microstructureren van gekromde oppervlakken) en Reith Laser (UKP vijfassig). Die kregen afzonderlijk de kans persoonlijk hun innovatie toe te lichten tijdens pitches vlak voor de lunch. De vakjury bestond uit Toon van Steensel (APEX, de vorige winnaar) en Auke Sjoerd Tolsma (Metaalunie) onder de deskundige aansturing van emeritus hoogleraar lasertechnologie Johan Meijer. Uiteindelijk maakte Fried Kaanen, voorzitter van Koninklijke Metaalunie, de unanieme uitslag bekend door de jonge firma Lightmotif uit Enschede uit te roepen tot winnaar van de vierde Laser Innovation Award van dit jaar. In de jurymotivatie werd verwezen naar het feit dat Max Groenendijk en zijn medewerkers intussen de vervolgstap in de praktijk al hebben gemaakt, terwijl de ontwikkeling van een dermate complexe laserapplicatie als verfijnde modificatie van grotere, gekromde metalen oppervlakken wereldwijd nog volop in onderzoek is.

PRAKTISCHE INVULLING AL IN TESTFASE
Lightmotif ontwierp en bouwde, uitgaande van principes van ultraprecieze machinebouw, een passende machine, samen met specifieke technologie voor de ultrakorte laser met de hoogste vermogensdichtheid en flexibele besturingssoftware, om een vijfassige manipulator en galvoscanner heen, zoals nauwkeurige snelwisselbare opspanningen alsmede verschillende sensoren om te kalibreren. Deze staat nu in de afnamefase bij een grote naam in de Noord-Nederlandse industrie. Industriële toepassingen van deze jonge technologie zijn het functioneel textureren van matrijzen om series kunststof producten te vervaardigen, voorzien van speciale oppervlakken (verlaagde wrijving, waterafstotende, antireflectie enz.) van drive-traincomponenten voor wrijvingsreductie, van implantaten met een verbeterde aanhechting van botmateriaal, van snijgereedschappen ter vermindering van slijtage en wrijving enz.