LASER S - teksturowanie laserowe skomplikowanych faktur

2020-03-23 08:00

Zdolność obróbki skomplikowanych faktur na powierzchniach, nierzadko o złożonych kształtach wymaga technologii cechującej się wysoką dokładnością. Taką technologią jest metoda teksturowania laserowego, oferowana przez nową serię maszyn Laser S firmy GF Machining Solutions.

AgieCharmilles LASER S

Do niedawna obróbkę laserem kojarzono przede wszystkim z cięciem, spajaniem i znakowaniem. GF Machining Solutions Laser S to wysokowydajne, w pełni cyfrowe maszyny do powierzchniowej obróbki laserem spełniające wymogi zastosowań przemysłowych.

Zastosowania

Odbłyśnik lamp samochodowych wykonany w formie, przy produkcji której wykorzystano obróbkę laserem GF Machining Solutions Laser S.

Teksturowanie powierzchni nadaje powierzchni obrabianej finalną fakturę. Jedną z cech tej techniki jest powtarzalność wzoru. Maszyny GF Machining Laser S i wcześniejsza seria Laser P są stosowane do:

  • Obróbki form i matryc w celu nadania określonych właściwości estetycznych i użytkowych, w tym ergonomicznych, wytwarzanemu produktowi, w tym grawerowanie i znakowanie (np. obudowa aparatu fotograficznego, przedni panel z deską rozdzielczą w samochodzie, odbłyśniki lamp samochodowych).
  • Nadawania warstwie wierzchniej określonych właściwości poprzez oddziaływanie termiczne (piaskowanie, strukturyzowanie).
  • Obróbki zgrubnej powierzchni (ablacja laserowa).

Maszyny do teksturowania laserowego Laser S podobnie jak seria Laser P firmy GF Machining Solutions są wykorzystywane przede wszystkim do nadawania faktury powierzchni form w przetwórstwie tworzyw sztucznych (teksturowanie powierzchni – m.in. przemysł oponiarski, wytwarzanie butelek plastikowych, odbłyśników do lamp), w przemyśle samochodowym (tapicerka, deska rozdzielcza), do produkcji uszczelnień, narzędzi tnących w jubilerstwie, przemyśle optycznym i obronnym. Drugi obszar zastosowań to grawerowanie, czyli usuwanie materiału z profilu 3D – obróbka analogiczna jak na centrum frezarskim CNC, lecz realizowana za pomocą wiązki laserowej a nie narzędzia skrawającego. Przykładem może być grawerowanie danych alfanumerycznych na trudno dostępnych powierzchniach.

Ostatnim, dynamicznie rozwijającym się polem zastosowania jest blasting – technika pozwalająca na nadawanie określonej chropowatości powierzchni (w skali Ra) oraz na tworzenie tzw. powierzchni funkcjonalnych, to jest o właściwościach hydrofobowych, antyseptycznych, o dużej przyczepności czy też nie pozwalających na oblodzenie (co wykorzystuje się w czujnikach lotniczych).

Laser S umożliwia przeprowadzenie obróbki różnego rodzaju z pełną prędkością i w ramach jednej nastawy.

Zimna ablacja

Przykład teksturowania powierzchni. Tego typu obróbce poddawane są nie tylko powierzchnie form ale także powierzchnie wyrobów finalnych.

Procesu zimnej ablacji wykorzystuje krótkie czasy trwania impulsów. Usuwanie materiału następuje bezpośrednio z fazy stałej do gazowej (odparowanie). Nie występuje tu stopienie materiału ani wydzielanie ciepła na jego powierzchni. Dzięki temu jakość wykonanej powierzchni jest znacznie lepsza: nie występują przypalenia, zniekształcenia, mniejsze jest także nachylenie ścian bocznych. Zimna ablacja umożliwia obróbkę materiałów palnych, jak np. magnez. Możliwe jest też tworzenie powierzchni wielokolorowych, takich jak hologramy, co jest wykorzystywane do tworzenia copy-right parts – znakowania wyrobów własnych w celu ich ochrony przed kopiowaniem. Przy czym, hologram wytworzony na powierzchni formy będzie również odwzorowany na wyprasce. wykorzystywana.

Kompleksowe podejście

Przykład różnego zastosowania teksturowania laserowego powierzchni. Tego typu obróbce poddawane są nie tylko powierzchnie form ale także powierzchnie wyrobów finalnych.

GF Machining Solutions oferuje komplementarne rozwiązania, dzięki którym możliwe jest na przykład przeprowadzenie zgrubnej obróbki z wykorzystaniem lasera (ablacja laserowa), a następnie wgłębnej obróbki EDM do wykończenia powierzchni. Takie połączenie pozwoliło na skrócenie czasu obróbki o niemal 50%. Elektrodrążarki EDM i WEDM, pionowe centra frezarskie CNC oraz maszyny do obróbki laserowej cechują się konstrukcjami o wysokim stopniu integracji. Przykładem tego jest System 3R zapewniający kompleksową obsługę przedmiotów obrabianych, w tym wykorzystanie systemu paletowego.

Nawiązując do wykonywania faktury powierzchni z wykorzystaniem wgłębnego drążenia elektroerozyjnego (ang. EDM) należy uwzględnić konieczność wykonania elektrody roboczej. Elektrody te cechują się względnie szybkim tempem zużycia co istotnie ogranicza trwałości. Ma to wpływ na powtarzalność obróbki. Dodatkowo koszt wykonania elektrody roboczej o złożonym kształcie faktury powierzchni przyczynia się do podwyższenia kosztów obróbki. Ze względu na możliwości technologiczne w kontekście cech jakościowych obróbka EDM jest nadal wykorzystywana.

Teksturowanie z wykorzystaniem techniki laserowej w określonych przypadkach może zmniejszyć, a nawet wyeliminować metodę wgłębnej obróbki EDM. Szczególnie to może być korzystne w przypadku produkcji jednostkowej. Każdy przypadek wymaga jednak indywidualnego podejścia i analizy kosztów. Osiągnięcie żądanych właściwości powierzchni obrobionych wymaga doboru jak najodpowiedniejszych technik wytwarzania z jednoczesnym dążeniem do minimalizowania kosztów. Niewątpliwie wykorzystanie GF Machining Solutions Laser S w odniesieniu choćby do wgłębnej obróbki EDM pozwala na zdecydowanie skrócenie czasu etapu technologicznego przygotowania produkcji.  Nie ma potrzeby opracowania projektu i wykonania elektrody roboczej. Jednak określenie, która technika wytwarzania w danym przypadku jest efektywniejsza lub czy warto zastosować obydwie to zadanie dla technologa.

Konstrukcje maszyn do powierzchniowej obróbki laserowej firmy GF Machining Solutions cechują się korpusami o pełnej, masywnej i stabilnej wymiarowo konstrukcji, tak jak w przypadku elektrodrążarek i frezarskich centrów obróbkowych. Dzięki temu możliwe jest zapewnienie wysokiej wydajności i dokładności obróbki.

Maszyny do laserowego teksturowania z rodziny Laser S i P zostały opracowane na bazie konstrukcji frezarskich centrów obróbkowych CNC, ale w niektórych przypadkach są skonstruowane od podstaw.

LASER S

Przykład laserowego blastingu.

Laser S to rodzina maszyn GF Machining Solutions stanowiąca kolejną generację po serii Laser P. W przypadku maszyn Laser S producent postawił za cel istotny wzrost produktywności i integracji z innymi obrabiarkami ze swojej oferty.

Za kluczowe należy uznać wymaganie wzrostu wydajności z jednoczesnym podwyższeniem zdolności w zakresie obróbki faktur o skomplikowanych strukturach. Podwyższenie wydajności o nawet 40% przyczynia się do efektywniejszego wdrożenia maszyn Laser S. Nie bez znaczenia jest możliwość wykonywania bardziej złożonych kształtów 3D. W warunkach przemysłowych istotne jest to by obróbka trwała jak najkrócej, a zwiększona produktywność umożliwia szersze zastosowanie, nie tylko w produkcji jednostkowej. Utrzymanie konkurencyjności na współczesnym rynku wymaga skracania czasów realizacji zamówień.

Laser S umożliwia także przeprowadzanie procesu zimnej ablacji (krótkie czasy trwania impulsów), który polega na przejściu usuwanego materiału bezpośrednio z fazy stałej do gazowej (odparowanie). Nie występuje tu stopienie materiału ani wydzielanie ciepła na jego powierzchni. Dzięki temu jakość wykonanej powierzchni jest znacznie lepsza: nie występują przypalenia, zniekształcenia, mniejsze jest także nachylenie ścian bocznych. Dodatkowo obróbka laserem femto jest 10-krotnie szybsza niż laserem nano. Zimna ablacja umożliwia obróbkę materiałów palnych, jak np. magnez. Możliwe jest też tworzenie powierzchni wielokolorowych, takich jak hologramy, co jest wykorzystywane do tworzenia copy-right parts – znakowania wyrobów własnych w celu ich ochrony przed kopiowaniem. Przy czym, hologram wytworzony na powierzchni formy będzie również odwzorowany na wyprasce.

Głowica robocza wyposażona jest w dwa iterbowe lasery nano. Takie rozwiązanie zapewnia nam elastyczność i tym samym istotne podwyższenie wydajności procesu obróbki. Możliwość przełączania mocy lasera (30, 50, 100 W) pozwala zarówno na realizację obróbki bardzo precyzyjnej obróbki, a także obróbki z większą wydajnością.

Światłowodowy laser iterbowy (pierwiastek z grupy lantanowców) to odmiana lasera włóknowego. Lasery tego rodzaju bazują na wykorzystaniu światłowodu domieszkowanego aktywnymi jonami wewnątrz rezonatora optycznego. Wykorzystywane jest promieniowanie półprzewodnikowych diod laserowych. Lasery iterbowe mają bardzo wysokie wzmocnienie jednostkowe co zapewnia m.in. niskie moce progowe  i przyczynia się do sprawności powyżej 80%. W przypadku laserów iterbowych, ze względu na wysoki stosunek powierzchni do objętości włóknowego ośrodka czynnego, nie występuje problem odprowadzenia energii cieplnej. Cechy te predysponują lasery iterbowe do zastosowania w procesach produkcyjnych, w tym teksturowaniu powierzchni i grawerowaniu.

Cechą charakterystyczną źródeł laserowych stosowanych przez GF Machining Solutions jest tryb pracy FlexiPulse. Technika ta pozwala na zmianę czasu impulsów przez użytkownika w zakresie od 4 ns do 200 ns. Pozwala to na uzyskanie znacznie lepszej jakości obróbki, umożliwia dobór parametrów pracy do różnych materiałów, lepszą kontrolę procesu, oraz pozwala na uzyskanie zadanej chropowatości powierzchni (kiedyś Ra była tylko parametrem wynikowym). Technologia FlexiPulse znacznie redukuje przypalenia w porównaniu do rezonatorów stałoimpulsowych.

W zależności od cech wykonywanej tekstury powierzchni wymagana jest różnej wielkości plamka wiązki lasera, dlatego GF Machining Solutions wdrożył możliwość szybkiej wymiany soczewek ogniskujących. Dostępne są plamki o średnicy 25, 40 i 70 μm

Nowa generacja

Laser S to cały szereg udoskonaleń względem swoich poprzedników z rodziny Laser P. Tak znaczący wzrost możliwości wymagał zastosowania zaawansowanych głowic roboczych wyposażonych w stabilizację termiczną, szybki skaner 3D oraz nowego rodzaju soczewki serii M85 FS.

W przypadku maszyn Laser S bardzo szybkie skanowanie (do 55000 mm/s) odgrywa kluczową rolę w zwiększeniu wydajności.

All-in-one

Proces opracowania tekstury, mapowania oraz półfabrykat.

Elementem wyróżniającym obrabiarki laserowe GF Machining Solutions od innych produktów oferowanych na rynku jest ich oprogramowanie. All-in-one umożliwia import modelu 3D przedmiotu obrabianego, obsługę w zakresie doboru parametrów obróbkowych i optymalizację czasu obróbki.

Smartpatch to zaawansowana strategia do tworzenia jednorodnych powierzchni z sąsiadujących ze sobą łatek. Oprogramowanie optymalnie rozmieszcza łatki w najlepszym ustawieniu, aby zagwarantować doskonałe wykonanie tekstury oraz bezkompromisowy poziom jakości i wydajności procesu. Powierzchnia jest automatycznie dzielona na wielokąty zamiast prostokąty. Dzięki temu rozwiązaniu, ślady łączenia pól nie są widoczne.

Realizację programu umożliwia Smartscan, który w sposób inteligentny i wydajny steruje pracą maszyny. Program roboczy jest wykonywany z optymalną prędkością, aby maksymalnie zwiększyć produktywność maszyny.

Niezależnie od ogniskowej jakość powierzchni jest taka sama. Dzięki funkcji Smartpatch, która oblicza proces dziesięciokrotnie zmniejszając liczbę kroków, możliwe jest dwukrotne skrócenie czasu obróbki powierzchni. Powyższa ilustracja obrazuje możliwości oprogramowania Smartpatch. Jest to oprogramowanie dedykowane do pięcioosiowej obróbki laserowej. Inżynier opracowuje w formie 2D wzór tekstury, który jest w kolejnych krokach rzutowany na powierzchnię półfabrykatu już jako model 3D. Smartpatch znacząco skraca czas potrzebny na zaprojektowanie wzoru tekstury i opracowanie programu obróbkowego dla maszyny typu Laser S.

Wykorzystanie inżynierii odwrotnej (skanowanie) znacząco rozszerza możliwości kreowania struktur faktury powierzchni.

Maszyny GF Machining Solutions Laser S do powierzchniowej obróbki laserowej ze względu na komplementarność zastosowanych rozwiązań wraz z wysokim poziomem integracji cyfrowej są innowacyjnymi maszynami technologicznymi. Przede wszystkim jednak oferują bardzo duże możliwości, nie tylko w obróbce form, ale także w seryjnej produkcji.

Jako nieliczne tak znacząco wpisują się w idee Przemysłu 4.0. GF Machining Solutions w ramach rozwoju w tym obszarze wdrożyło w układach sterowania (PLC) produkowanych maszyn technologicznych standard wymiany informacji OPC UA (OPC Unified Architecture). Standard OPC UA uznawany jest jako standard komunikacji Przemysłu 4.0. Jego zaletą jest możliwość zaimplementowania w różnych systemach operacyjnych,  na dowolnej platformie sprzętowej przy użyciu wielu języków programowania. Standard OPC UA umożliwia efektywniejszą wymianę informacji między nawet bardzo zróżnicowanymi środkami produkcji. Dzięki temu zarządzanie kompleksowo postrzeganym procesem produkcyjnym jest pełniejsze i wydajniejsze.

Wróć

O GF Machining Solutions