Strahlformung – aber richtig
Ohne Optik kein Lasersystem – was den Laien womöglich irritiert, ist für den Fachmann selbstverständlich. Er weiß, dass das Output einer Laserstrahlquelle für sich alleine nicht prozessfähig ist.
Diodenlaser in ihrer Anwendung - Teil 7: Strahlformung
Denn was die Quelle ausgibt, ist zwar konzentrierte Energie – die aber will in die richtigen Bahnen gelenkt sein. Strahlformung heißt das Zauberwort, und ohne Optik geht hier nichts. Da machen dann auch Diodenlaser keine Ausnahme: Auch sie kann man nicht ohne Optik auf ein Werkstück loslassen, mögen sie auch fasergekoppelt sein. Denn die Faser führt den Strahl zwar zum Werkstück – sie formt ihn aber gewöhnlich nicht, sofern nicht spezielle Faseroptiken eingesetzt werden. Die aber wären nochmal ein ganz anderes Thema.
In marktüblichen Diodenlasersystemen erfolgt die Strahlformung über eine Optik aus Linsen- und Spiegelelementen, eine sogenannte Bearbeitungsoptik. Diese Optik formt – der Name verrät es – den Laserstrahl so, dass er für die geplante Materialbearbeitung taugt. Sie macht also aus dem, was die Strahlquelle ausspuckt, einen Strahl, mit dem der Anwender auch etwas anfangen kann. Hier sind zwei Punkte entscheidend: Zum einen ist wichtig, dass sich der Strahl grundsätzlich zum Schweißen, Löten, Härten oder Beschichten eignet. Und zum anderen muss er zur Beschaffenheit des Werkstücks passen.
Klassisches Beispiel
Ein klassisches Beispiel: Ein Strahl, der härten soll, muss besonders homogen sein. Die Optik muss also dafür sorgen, dass die Energieverteilung so gleichmäßig wie möglich ist. Dafür gibt es spezielle Homogenisierungsoptiken, die den von Haus aus recht homogenen Diodenlaserstrahl noch einmal zusätzlich optimieren. Darüber hinaus aber muss der Strahl auch passend dimensioniert sein: Soll beispielsweise ein Nocken gehärtet werden, sollte der Spot nicht breiter sein als der Nocken selbst – er ginge sonst im wahrsten Sinne des Wortes am Bedarf vorbei. Auch das erledigen Optiken. Sie passen die Spotgröße an und das im Zweifelsfall auch bei laufendem Prozess. Laserline etwa bietet motorisierte Zoomoptiken an, die den Spot während des Bearbeitungsprozesses verändern können und so stets für die perfekte Größe sorgen.
Die Geometrie
Ein Thema ist aber nicht nur die Größe, sondern auch die Geometrie: Soll der Spot nun rechteckig, rund oder linienförmig sein? Wie wichtig die Frage ist, zeigt sich beim Beschichten: Hier wird oft pauschal auf rechteckige Breitstrahlen gesetzt, weil sie effektive Bearbeitungen mit hohen Beschichtungsraten versprechen. Das böse Erwachen kommt dann aber regelmäßig, wenn Bauteile filigran sind und spitz zulaufen, etwa bei Maschinenmessern. Hier trägt der Breitstrahl dann oft so viel Energie in das Bauteil ein, dass die Selbstabschreckung nicht mehr funktioniert und im schlimmsten Fall die Schnittkanten abschmelzen. Wer hier auf enger fokussierte Rundspots setzt und erst die stärkeren Flächen mit dem Breitstrahl traktiert, ist klar im Vorteil. Dazu sollte man dann freilich flexibel zwischen beiden Spotformen wechseln können. Hochwertige Optiken wie die von Laserline machen auch das möglich.
Strahlteilung durch Multi-Spot Modul
Und dann gibt es noch die ganz speziellen Fälle, in denen ein einfacher Strahl nicht reicht, so gut er auch geformt sein mag. Beim Löten feuerverzinkter Bleche etwa laufen die Prozesse mit normalen Spots so unruhig ab, dass man die Prozessgeschwindigkeit senken muss, um die Zahl der Spritzer halbwegs erträglich zu gestalten. Die Lösung ist hier eine preisgekrönte Erfindung von Laserline: die Strahlteilung durch Multispotoptiken. Sie machen aus einem klassischen Rund- oder Breitstrahl einen Hauptspot mit zwei Vorspots, die im Nahtbereich die Verzinkung abtragen und so den Prozess beruhigen.
Die Liste der Beispiele ließe sich natürlich noch fortsetzen – schon jetzt aber sollte jedem klar sein, warum wir eingangs sagten, was wir sagten: Ohne Optik kein Lasersystem. Es geht schlicht nicht ohne, weil die Welt der Anwendungen zu komplex ist. Und es wäre auch schade, die Möglichkeiten nicht zu nutzen. Sicher: Rein theoretisch könnte man einfach nur die Faser in der Nähe eines Werkstücks fixieren und ein bisschen am Regler der Strahlquelle drehen. Irgendwas würde schon passieren. Aber wie schon die Alten sagten: Quidquid agis, prudenter agas et respice finem – was Du auch tust, tue es klug und bedenke das Ende.
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