Einsatz von Lasern in der Automobilindustrie
Seit Henry Ford 1913 das erste Fließband in der Automobilindustrie einführte, streben Automobilhersteller kontinuierlich nach der Optimierung ihrer Prozesse mit dem Ziel, Montagezeiten zu verkürzen, Kosten zu senken und Gewinne zu steigern. Die moderne Automobilproduktion ist hochgradig automatisiert, und Roboter sind in der gesamten Branche allgegenwärtig. Lasertechnologie wird nun in diesen Prozess integriert, ersetzt traditionelle Werkzeuge und bietet zahlreiche zusätzliche Vorteile für die Fertigung.
Die Automobilindustrie verwendet diverse Materialien wie Kunststoffe, Textilien, Glas und Gummi, die sich alle erfolgreich mit Lasern bearbeiten lassen. Tatsächlich finden sich laserbearbeitete Bauteile und Materialien in nahezu allen Bereichen eines typischen Fahrzeugs, sowohl im Innen- als auch im Außenbereich. Laser kommen in verschiedenen Phasen des Automobilherstellungsprozesses zum Einsatz, von der Konstruktion und Entwicklung bis zur Endmontage. Die Lasertechnologie beschränkt sich nicht auf die Massenproduktion, sondern findet auch Anwendung in der exklusiven Sonderanfertigung von Fahrzeugen, wo die Produktionsmengen relativ gering sind und bestimmte Prozesse noch manuelle Arbeit erfordern. Hier geht es nicht um die Ausweitung oder Beschleunigung der Produktion, sondern vielmehr um die Verbesserung der Bearbeitungsqualität, Wiederholgenauigkeit und Zuverlässigkeit, um so Abfall und den kostspieligen Materialverbrauch zu reduzieren.
Laser: Kraftpaket für die Kunststoffteilebearbeitung
TDie umfangreichste Anwendung von Lasern liegt in der Bearbeitung von Kunststoffteilen. Dazu gehören Interieur- und Armaturenbrettverkleidungen, Säulen, Stoßfänger, Spoiler, Zierleisten, Kennzeichen und Leuchtengehäuse. Automobilkomponenten können aus verschiedenen Kunststoffen wie ABS, TPO, Polypropylen, Polycarbonat, HDPE und Acryl sowie aus verschiedenen Verbundwerkstoffen und Laminaten gefertigt werden. Die Kunststoffe können unbehandelt oder lackiert sein und mit anderen Materialien kombiniert werden, beispielsweise mit stoffbezogenen Interieursäulen oder mit Kohlenstoff- oder Glasfasern verstärkten Stützstrukturen für zusätzliche Stabilität. Laser können zum Schneiden oder Bohren von Löchern für Befestigungspunkte, Leuchten, Schalter und Parksensoren eingesetzt werden.
Transparente Scheinwerfergehäuse und -linsen aus Kunststoff müssen häufig per Laser nachbearbeitet werden, um die nach dem Spritzgießen verbleibenden Reste zu entfernen. Lampenteile bestehen üblicherweise aus Polycarbonat, da dieses Material optische Klarheit, hohe Schlagfestigkeit, Witterungsbeständigkeit und UV-Beständigkeit aufweist. Obwohl die Laserbearbeitung bei diesem speziellen Kunststoff zu einer rauen Oberfläche führen kann, sind die lasergeschnittenen Kanten nach der vollständigen Montage des Scheinwerfers nicht mehr sichtbar. Viele andere Kunststoffe lassen sich mit hoher Oberflächengüte schneiden, sodass saubere Kanten entstehen, die keiner Nachbearbeitung bedürfen.
Lasermagie: Grenzen überwinden in der Operationstechnik
Laserbearbeitungen können auch an Stellen durchgeführt werden, die mit herkömmlichen Werkzeugen nicht zugänglich sind. Da Laserschneiden ein berührungsloses Verfahren ist, entstehen weder Werkzeugverschleiß noch -bruch. Zudem ist der Wartungsaufwand minimal, was zu minimalen Ausfallzeiten führt. Die Sicherheit des Bedieners ist gewährleistet, da der gesamte Prozess in einem geschlossenen Raum stattfindet und somit kein Eingriff erforderlich ist. Da keine beweglichen Klingen vorhanden sind, werden auch die damit verbundenen Sicherheitsrisiken ausgeschlossen.
Kunststoffschneidprozesse können mit Lasern ab einer Leistung von 125 W durchgeführt werden, je nach benötigter Bearbeitungszeit. Bei den meisten Kunststoffen besteht ein linearer Zusammenhang zwischen Laserleistung und Bearbeitungsgeschwindigkeit. Das bedeutet, dass sich die Laserleistung verdoppeln muss, um die Schnittgeschwindigkeit zu verdoppeln. Bei der Berechnung der Gesamtzykluszeit für eine Reihe von Arbeitsgängen muss neben der Bearbeitungszeit auch die Laserleistung berücksichtigt werden, um die optimale Leistung zu wählen.
Über Schneiden und Veredeln hinaus: Erweiterung der Möglichkeiten des Lasers in der Kunststoffbearbeitung
Die Laseranwendungen in der Kunststoffverarbeitung beschränken sich nicht allein auf Schneiden und Trimmen. Dieselbe Laserschneidtechnologie kann auch zur Oberflächenmodifizierung oder zum Entfernen von Lack von bestimmten Bereichen von Kunststoffen oder Verbundwerkstoffen eingesetzt werden. Wenn Teile mit Klebstoff auf eine lackierte Oberfläche geklebt werden sollen, ist es oft notwendig, die oberste Lackschicht zu entfernen oder die Oberfläche aufzurauen, um eine gute Haftung zu gewährleisten. In solchen Fällen werden Laser in Verbindung mit Galvanometerscannern verwendet, um den Laserstrahl schnell über die gewünschte Fläche zu führen und so genügend Energie bereitzustellen, um die Oberfläche abzutragen, ohne das Grundmaterial zu beschädigen. Präzise Geometrien lassen sich problemlos realisieren, und Abtragtiefe sowie Oberflächenstruktur können kontrolliert werden, wodurch sich das Abtragmuster nach Bedarf einfach anpassen lässt.
Natürlich bestehen Autos nicht ausschließlich aus Kunststoff, und Laser können auch zum Schneiden anderer Materialien eingesetzt werden, die in der Automobilfertigung verwendet werden. Fahrzeuginnenräume enthalten typischerweise verschiedene Textilien, wobei Polsterstoffe am häufigsten zum Einsatz kommen. Die Schnittgeschwindigkeit hängt von der Art und Dicke des Stoffes ab, wobei leistungsstärkere Laser entsprechend schneller schneiden. Die meisten synthetischen Stoffe lassen sich sauber schneiden, und die Kanten werden versiegelt, um ein Ausfransen beim anschließenden Nähen und der Montage der Autositze zu verhindern.
Echtes und Kunstleder lassen sich für Fahrzeuginnenausstattungen auf dieselbe Weise zuschneiden. Auch die Stoffbezüge, die man häufig an den Säulen in vielen Pkw sieht, werden oft präzise per Laser bearbeitet. Beim Spritzgussverfahren wird der Stoff mit den Teilen verbunden, und überschüssiger Stoff muss vor dem Einbau im Fahrzeug an den Kanten entfernt werden. Auch dies ist ein 5-Achs-Roboterbearbeitungsprozess, bei dem der Schneidkopf den Konturen des Teils folgt und den Stoff präzise zuschneidet. In solchen Fällen kommen häufig Laser der SR- und OEM-Serie von Luxinar zum Einsatz.
Vorteile des Lasers in der Automobilfertigung
Die Laserbearbeitung bietet zahlreiche Vorteile für die Automobilindustrie. Neben gleichbleibender Qualität und Zuverlässigkeit zeichnet sie sich durch hohe Flexibilität und Anpassungsfähigkeit an die vielfältigen Bauteile, Materialien und Prozesse der Automobilfertigung aus. Lasertechnologie ermöglicht Schneiden, Bohren, Markieren, Schweißen, Ritzen und Abtragen. Kurz gesagt: Sie ist äußerst vielseitig und spielt eine entscheidende Rolle für die kontinuierliche Weiterentwicklung der Automobilindustrie.
Da sich die Automobilindustrie stetig weiterentwickelt, suchen Autohersteller nach neuen Wegen, Lasertechnologie einzusetzen. Aktuell durchläuft die Branche einen grundlegenden Wandel hin zu Elektro- und Hybridfahrzeugen und führt das Konzept der „Elektromobilität“ ein, indem herkömmliche Verbrennungsmotoren durch elektrische Antriebstechnik ersetzt werden. Dies erfordert von den Herstellern die Einführung zahlreicher neuer Komponenten und Fertigungsprozesse.
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Veröffentlichungsdatum: 13. Juli 2023