Hybridgravurvorgänge basieren auf der Lasertexturierung

Laut John Seiberlich, Präsident von St. Paul Gravur Inc., benötigen Betriebe sowohl chemische als auch fünfachsige Lasertexturierungsfunktionen, um Muster zu erzeugen, die einst als unerreichbar galten, und um auf dem heutigen Markt effektiv zu konkurrieren.

Ein solcher hybrider Ansatz ermöglicht es dem in Stacy, Minnesota, ansässigen Unternehmen, Muster schneller und kostengünstiger als seine Konkurrenten zu erstellen. Durch die gleichzeitige Verwendung eines Lasers und eines chemischen Prozesses kann die Werkstatt komplizierte, komplexe Muster erstellen und ihre chemischen Gravurvorgänge rationalisieren.

Der Prozess beginnt mit der Entwicklung des für die Anwendung erforderlichen Musters mit Fünf-Achsen-Lasern, gefolgt von chemischen Ätztechniken. Dadurch können Muster mit Präzision und wiederholbaren Ergebnissen auf komplexe Geometrien angewendet werden.

Da die Anwendungsanforderungen der Kunden immer komplexer wurden, fügte St. Paul Gravur die Fünf-Achsen-Lasertechnologie hinzu. Laut Seiberlich ermöglichen Laser dem Betrieb die Einhaltung extrem enger Toleranzen sowie eine exakte Musterwiederholbarkeit. Die Fünf-Achsen-Lasertechnologie hat es St. Paul Gravur ermöglicht, seinen Kundenstamm zu erweitern, da das Geschäft jetzt Musterdetails mit einer Größe von bis zu 0,0015 Zoll [0,038 mm] und Schriftzüge mit einer Höhe von nur 0,007 Zoll [0,18 mm] erzeugen kann bis hin zu Texturen, die das Dach eines ATV bedecken.

„Aus unserer Sicht konkurrieren Laser- und chemische Verfahren nicht miteinander“, sagte Seiberlich. „Chemisches Ätzen benötigen wir nur dann, wenn ein Teilmerkmal im Weg ist und den Laserstrahl daran hindert, die Zieloberfläche zu treffen. Wenn man es nicht erreichen kann, kann man es nicht mit einer Lasertextur versehen. Ansonsten ist es unsere Sache.“ Prozess der Wahl.“

Zu den Lasertexturierungssystemen von St. Paul Gravur gehören eine LASER P 1000, eine LASER P 1200 und eine LASER S 600, alle von der Schweizer GF Machining Solutions Management SA mit US-Hauptsitz in Lincolnshire, Illinois. Die LASER S 600 – die neueste Maschine der Werkstatt – Verfügt über zwei Flexipulse-Laserquellen mit Z-Fokus-Shifter, die eine verbesserte Oberflächengüte ermöglichen und gleichzeitig die Bearbeitungszeit je nach individueller Anwendung um bis zu 40 Prozent verkürzen, so das Unternehmen.

Die Flexipulse-Technologie ermöglicht in Kombination mit zwei Quellen die Anpassung der Impulsdauer von vier bis 200 Nanosekunden und die Möglichkeit, zwischen einer 100- und 30-W-Quelle umzuschalten. Dies ermöglicht es, die Oberflächengüte zu verbessern und mehrere Anwendungen mit einer Aufspannung auf einer Maschine durchzuführen, so GF Machining. Flexipulse-Quellen können auch verschiedene Materialien aufnehmen, darunter Stahl, Aluminium, Graphit, Kupfer, Keramik, Glas, Saphir und Polymere.

Mithilfe der Flexipulse-Technologie kann St. Paul Gravur die Strahlimpulsbreite verlängern oder verkürzen, um mehr nutzbare Energie, weniger Verbrennung, bessere Oberflächengüten, schnellere Abtragsraten und eine Gesamtverkürzung der Produktionszeit zu erzielen.

Die LASER S 600 und LASER P 1000 des Shops arbeiten in einer WorkPartner 1+ System 3R-Zelle zusammen. Der Roboter der Zelle kann große Dynafix-Paletten auf die LASER P 1000 und leichtere Macro-Paletten sowohl auf die P 1000 als auch auf die S 600 laden, mit einer Gesamtkapazität von 10 Dynafix- und 90 Macro-Paletten.

St. Paul Gravur begann mit einem einfachen Palettenwechsel auf seiner LASER P 1000, erkannte jedoch bald die Notwendigkeit, die Produktionskapazitäten zu erweitern, was den Aufbau einer Zelle mit zwei Maschinen veranlasste, erklärte Vizepräsident Bryan O'Neill. Dadurch kann die Werkstatt den Kunden eine kontinuierliche Produktion rund um die Uhr bieten und so die Einrichtung mehrerer Teile und Aufträge gleichzeitig durchführen. Mit der richtigen Teilekonfiguration können sie mehrere Aufträge auf einer Palette ausführen und dann mehrere Paletten in die Maschine laden, um Großserienproduktionen durchzuführen.

„Obwohl wir Laser mit unserem chemischen Ätzen kombinieren können, können einige Muster nur mit dem Laser erzeugt werden, darunter detaillierte Muster für die Osseointegration auf kleinen medizinischen Komponenten wie Titanschraubenimplantaten“, sagte O'Neill. „Da es schwierig ist, die beim chemischen Ätzen verwendete Säure zu kontrollieren, unterliegt der Prozess neben Einschränkungen hinsichtlich Größe, Mustertiefe und Detailgenauigkeit auch Materialbeschränkungen.“

O'Neill wies außerdem darauf hin, dass immer mehr Kunden bei der Produktgestaltung neue Maßstäbe setzen, da St. Paul Gravur schnell einzigartige Muster erzeugen kann, die mit chemischer Ätzung nicht möglich sind. In vielen Fällen handelt es sich bei diesen Mustern um Markenzeichen oder Logos, die St. Paul Gravur mithilfe einer fünfachsigen Lasertexturierung konsistent reproduzieren kann.

St. Paul Gravur schließt jährlich etwa 2.000 Projekte ab und beliefert die Märkte Medizin, Konsumgüter, Schusswaffen, Verpackung, Automobil, Freizeitfahrzeuge und Schwermaschinen. Das Unternehmen ist auf die Markierung, Gravur und Texturierung von Teilen auf Werkzeugoberflächen und einzelnen Komponenten spezialisiert. Das Auftragsvolumen kann von einem Teil bis zu Tausenden reichen.

Die Fertigungskapazität der Werkstatt für Teilegrößen ist auf kleinere, kritischere Teile und Oberflächenbereiche mit engeren Toleranzen ausgerichtet. Die Muster selbst erfordern keine engen Toleranzen, sondern lediglich die Möglichkeit, sie auf sehr kleine und präzise Bereiche aufzutragen, beispielsweise ein Grübchenmuster zur Lichtstreuung in Autoscheinwerfern.

„Die Teillaufzeiten auf den Lasermaschinen können zwischen Minuten und Tagen liegen, typischer sind jedoch ein bis acht Stunden“, sagte O'Neill. „Beim chemischen Ätzen ist das ein Kompromiss. Bei einem Teil von der Größe eines Vierteldollars ist die Lasertexturierung schneller als das chemische Ätzen. Da die Oberflächen der Teile größer werden, kann das chemische Ätzen weniger Zeit in Anspruch nehmen, aber der Prozess erfordert viel mehr.“ Arbeit in Bezug auf die Vorbereitung“, fuhr er fort. „Außerdem steuert die Dauer der Einwirkung auf das Teil die Tiefe beim chemischen Ätzen, während die Abtastgeschwindigkeit und die Leistungseinstellungen die Tiefe bei einem Laser viel präziser steuern.“

Dank früherer Investitionen in Lasertechnologie zum Gravieren von Logos, Texten und kleinen Texturbereichen vor mehr als 20 Jahren gelang St. Paul Gravur der Durchbruch mit der Einführung der ersten Fünf-Achsen-Laser. Laut O'Neill haben sich die eigentlichen Laserquellen im Laufe der Jahre nicht dramatisch verändert, wohl aber die Maschinen- und Softwarefunktionen. „Die LASER-Maschine und die Fünf-Achsen-Software von GF Machining Solutions machten es einfach, unser vorhandenes Wissen über Laser und Texturierungsverfahren zu implementieren, um komplexe Texturen zu programmieren und zu erzielen“, sagte O'Neill.

„Grundsätzlich ermöglicht uns die Software, eine Graustufentextur zu nehmen, sie dann auf ein Netz anzuwenden, das Muster zu rendern und es digital auf die Oberfläche des Teils zu legen“, erklärte er. „In der Software ‚glätten‘ wir die Oberfläche, die texturiert werden soll, erstellen das Muster, und dann legt das Programm das abgeflachte Netz aus und wickelt es auf die Teiloberfläche. Beim chemischen Ätzen müssten wir Muster zusammenlegen und.“ dann die Nähte ausbessern. Die Software der Lasermaschine ist jedoch perfekt, um das Muster nahtlos um jede geometrische Form zu wickeln.“

Der Erfolg von St. Paul Gravur hat in den letzten Jahren zu einem jährlichen Wachstum zwischen 10 und 20 Prozent geführt. Um die Effizienz zu gewährleisten, ist der Shop jedoch bestrebt, die Expansion in einem überschaubaren Tempo zu halten.

„Es ist eine Sache, rauszugehen und die Arbeit zu holen, aber es bringt keinen Wert, wenn wir sie nicht rechtzeitig fertigstellen können“, räumte Seiberlich ein. „Ein Grund dafür ist, dass es schwierig ist, qualifizierte Arbeitskräfte zu finden. Glücklicherweise ermöglichen uns unsere Lasertexturierungsmaschinen jedoch, den Prozess zu automatisieren, während chemisches Ätzen arbeitsintensiv ist. Daher können wir mit den Lasern mehr Arbeit mit unseren vorhandenen Ressourcen leisten.“ „Gleichzeitig bewerten wir ständig unsere Maschinenkapazität, und wenn wir später mehr benötigen, werden wir in zusätzliche große und kleine Lasersysteme investieren“, schloss er.

„Wohin auch immer die Arbeit uns führt, wir verlassen uns auf die Technologie von GF Machining Solutions.“

Für Informationen über St Paul Gravur besuchen Sie stpaulengraving.com oder rufen Sie 651-462-9356 an. Für Informationen über GF Machining besuchen Sie gfms.com/com/en.html oder rufen Sie 201-555-0123 an.

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