Systems & Services for EB Welding, Laser in Vacuum Welding & Additive Manufacturing in Vacuum
Laser im Vakuum

Laser im Vakuum (LaVa)

Schnell, sehr präzise und für magnetische Materialien einsetzbar

LASER ist die Abkürzung für "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation". Ein Laser oder eine Laserkanone ist ein Gerät, das kohärentes Licht oder einen kohärenten Strom von Photonen aussendet, was als räumliche Kohärenz oder zeitliche Kohärenz darstellt. Der erste Laser wurde 1960 von Theodore M. Maiman in den Hughes Research Laboratories gebaut.


Die Laserstrahl-Bearbeitung (LB) ist ein nicht-konventionelles Fertigungsverfahren. Der Strahl von Photonen wird zur Bearbeitung auf das Werkstück gerichtet.


Dann erfolgt die Erwärmung, das Schmelzen und Verdampfen des Materials durch das Auftreffen von Photonen. Dies gilt für metallische und nicht-metallische Werkstoffe.


Mittlerweile werden meistens brillante Festkörper-Faserlaser als Strahlquelle eingesetzt, da sie Vorteile hinsichtlich Energieeffizienz und Flexibilität bieten.


Bei Atmosphärendruck erzeugt die LB eine Metalldampffahne über dem Schmelzbad oder dem Schlüsselloch beim Schweißen. Diese Dampffahne trifft unkontrolliert auf das Schmelzbad auf und kann Spritzer verursachen. In der Regel wird ein Schutzgas eingesetzt, um Spritzer zu minimieren und die Schmelzfläche vor Oxidation oder Verun-reinigungen zu schützen.


Unter Vakuumbedingungen entsteht weder eine Dampffahne noch Spritzer. Außerdem ist die Schmelze vor Oxidation geschützt. Die Kombination von Vakuumbedingungen und Laserstrahlbearbeitung wird als Laser im Vacuum (LaVa)-Bearbeitung bezeichnet.


Dieser Ansatz hat vor allem beim Laserstrahlschweißen entscheidende Vorteile.



Eigenschaften und Vorteile

  • Präzise Steuerung der Strahleigenschaften

  • Berührungsloser Prozess und nahezu verschleißfreie Werkzeuge

  • Vakuum verbessert die metallurgischen Eigenschaften des bearbeiteten Bereichs deutlich

  • Unempfindlich gegen Magnetismus


  • Reinigung der Werkstücke nach der Bearbeitung kann deutlich reduziert oder vermieden werden

    Weitere Informationen

    Laser im Vakuum - Technologie

    Laser im Vakuum kann grundsätzlich bei fast allen Materialien eingesetzt werden.

    Prinzip Laserstrahlerzeugung - Quelle: Springer

    Eigenschaften und Vorteile


    • Hohe Leistungsdichte bis zu 1MW/cm2 im Brennfleck:
      Sehr schnelles Erreichen von hohen Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes, ermöglicht hohe Bearbeitungsgesch-windigkeiten. Beim Laserschweißen im Vakuum können tiefere Schweißnähte als in Atmosphäre erzielt werden.


    • LB kann unter atmosphärischem Druck angewendet werden: 

      Keine mechanischen Begrenzungen durch die Arbeits-kammer. Mit Robotermaschinen leicht zu automatisieren und daher sehr flexibel in Bezug auf unterschiedliche Werkstück-größen. Dies kann bei der Bearbeitung oder dem Schweißen von größeren Werkstücken von Vorteil sein.


    • Große Bandbreite an Möglichkeiten in einem Bearbeitungs-gang:
      Multi-Prozess und Oberflächenbehandlung anwendbar.


    • Keine Erzeugung von Röntgen-Strahlung:
      Geringe Sicherheitsgefährdung und niedrige organisato-rischer Sicherheitsaufwand notwendig. Dennoch müssen Sicherheitsvorkehrungen bezüglich der Gefahren des Laser-strahls berücksichtigt werden.


    • Mehrere Anwendungen in einer Anlage möglich:
      Hohe Auslastung und breites Bearbeitungsportfolio.


    • Breites Spektrum an bearbeitbaren Materialien inkl. magnetischer Materialien

    • Großer Umfang an Systemen:
      Verfügbar für Einzelfertigung, Taktmaschinen und Fertigungs-zellen für die Produktion von Klein- bis Großserien. Außerdem Bandbearbeitungssysteme für die kontinuierliche Bearbeitung verfügbar.


    • Einsatz von Faserlasern als Quelle:
      Sie bieten eine deutlich verbesserte Energieeffizienz im Vergleich zu CO2-Lasern. Dies ist wichtig für das Laserschweißen und andere Anwendungen, bei denen eine hohe Energiedichte im Brennpunkt benötigt wird.

      Mit der fortschreitenden Entwicklung der Technologie sind mittlerweile Laser für industrielle Zwecke bis zu 100 kW verfügbar.

    Laserstrahlerzeugung - Prinzip / Springer

    Die Anwendung des Lasers im Vakuum bietet spezifische Vorteile:


    Die metallurgischen Eigenschaften des erstarrten Materials verbessern sich, da die Entgasung des geschmolzenen Materials gefördert wird. Diese physikalischen Vorgänge wirken sich beim Laserschweißen besonders positiv auf die Qualität der Schweissnähte aus.



    Außerdem kann die Eindringtiefe beim Laserschweissenen im Vakuum gegenüber Laserschweissen in Atmosphäre deutlich erhöht werden.

    Laser im Vakuum Schweißen - Systeme & Optionen

    Vielseitige Lösungen für die Bearbeitung mit Laser im Vakuum ergänzt um unsere Dienstleistungen

    Weitere Informationen?

    Eigenschaften und Vorteile im Detail


    • Präzise Steuerung der Strahleigenschaften:
      Die vollständige Kontrolle der Energiedichte, des Fokus und der Strahlposition ermöglicht eine schnelle Bearbeitung bei minimalem Wärmeeintrag in das Werkstück und minimalem Verzug. Laserschweißen im Vakuum erzeugt präzise und schlanke Nähte mit hoher Qualität.


    • Berührungsloser Prozess und nahezu verschleißfreie Werkzeuge: 
      Besonders saubere Prozessumgebung, insbesondere unter Vakuum.


    • Vakuum verbessert die metallurgischen Eigenschaften des bearbeiteten Bereichs deutlich:
      Es wird praktisch kein Schutzgas verbraucht und die metallurgischen Eigenschaften des geschmolzenen Materials werden optimiert. Außerdem schweißt der Laserstrahl im Vakuum deutlich tiefer.


    • Unempfindlich gegen Magnetismus: 

      Der Laserstrahl kann auch magnetische Werkstoffe ohne unerwünschte Ablenkung schweißen. Werkstücke können sogar mit magnetischen Vorrichtungen gespannt werden. Der Verzicht auf eine Entmagnetisierung der Werkstücke verkürzt die Prozesskette. Bei Bedarf kann das Werkstück vor dem Schweißen induktiv erwärmt werden.


    • Die Reinigung von Werkstücken nach der Bearbeitung kann deutlich reduziert oder vermieden werden:

      Reduzieren oder Vermeiden von Produktionsschritten mit positiver Auswirkung auf die Taktzeit pro Werkstück möglich.


    Herausforderungen der Bearbeitung mit Laserstrahl

    Um die Möglichkeiten der Laserstrahlbearbeitung bestmöglich zu nutzen, sind auch die möglichen Nachteile dieser Technologie zu berücksichtigen.


    • Optisches System mit physikalischen Linsen:
      Die Ablenkung der Photonen ist aufgrund des physikalischen Aufbaus des Spiegelsystems trägheitsbehaftet. Außerdem können optische Linsen bedampfen wodurch weniger Strahlenergie zum Brennpunkt gelangt. Das kann bei einem Schweißprozess kritisch sein. Zudem muss das Linsensystem gekühlt werden, um die optischen Eigenschaften und damit die des Laserstrahls zu erhalten.


    • Eingeschränkt einstellbare Fokusebene:
      Verschiedene Fokusebenen erfordern unterschiedliche Linsen oder eine zusätzliche mechanische Achse.


    • Reflektierende Materialien:
      Reflexionen können das Linsensystem beschädigen. Es gibt automatisierte Systeme, die die Reflexion messen wird und den Laser bei kritischen Werte abgeschalten. Blaue oder grüne Laser können das Schweißen von Kupfer und Buntmetallen ermöglichen, sind aber noch sehr teuer und haben eine schlechtere Strahlqualität.

      Zusatzinformationen