Eine Maschine ¿ Drei Technologien

Der Besucherandrang auf dem Messestand der Concept Laser GmbH war enorm: Die Fachbesucher der EuroMold zeigten größtes Interesse für das neue Maschinenkonzept und die damit verbundenen Verfahren. Geschäftsführer Frank Herzog und seine Teamkollegen,

M3 Linear nennen die Macher ihre in Modulbauweise entwickelte Maschine, die drei Verfahren der Lasertechnik mit nur einem Laser
realisieren kann. Die in 2000 gegründete Firma Concept Laser GmbH
hat die Vision, den Laseranlagenbau und die realisierten Bearbeitungsverfahren zu revolutionieren, verwirklicht.
 Mit dem neuen Verfahren LaserCUSING gelang es durch eine komplett neue Prozessführung, die herkömmlichen Schwachstellen der Lasersintertechnologie zu optimieren und zu überwinden. Die Verwendung eines anderen Lasertyps speziell entwickelter und patentierter Belichtungsstrategien sowie erstmals in der Geschichte des Laser-
sinterns einkomponentiger Pulverwerkstoffe brachte den angestrebten Erfolg: Die Generierung verzugsfreier, 100%ig dichter Bauteile, die in ihren Materialeigenschaften dem Ausgangsmaterial in Nichts nachstehen. Das neue Verfahren stellt somit ein Bindeglied zwischen Rapid Tooling und dem traditionellen Werkzeugbau dar.
 Ein Signal setzten die Entwickler auch dadurch, dass sie dem einzigartigen Verfahren einen eigenen Namen gaben. Der Begriff CUSING setzt sich aus den Begriffen Concept und „fusing“ (engl. aufschmelzen) zusammen. Das Wort beschreibt somit präzise das Konzept und schließlich das Ergebnis, Metallpulver zu 100 % aufzuschmelzen.
 Das LaserCUSING basiert auf der Verschmelzung einkomponentiger metallischer Pulver-Werkstoffe mittels Laser. Das Verfahren ermöglicht es, aus nahezu allen metallischen Werkstoffen (Edelstahl, Warmarbeitsstahl usw.) Bauteile schichtweise aufzubauen. Das Metallpulver wird hierbei Schicht für Schicht komplett aufgeschmolzen, die Eigenspannung und Verzugsproblematik überwunden und eine 100 %ige Bauteildichte erreicht. Die typische Schichtdichte liegt bei 50 µm.
 Eine speziell entwickelte Belichtungsstrategie ermöglicht das verzugsfreie Generieren auch von massiven und großvolumigen Bauteilen. Die heute beim LaserCUSING angewendeten einkomponentigen Metallpulver sind auf die geforderte hohe Festigkeit der Teile, die den Anforderungen des Werkzeugbaus entsprechen muss, ausgelegt.
 Ein variabler Fokusdurchmesser garantiert trotz der Abbildung feinster Kavitäten und absolut scharfer Konturen einen schnellen Bauteilaufbau. Die Materialeigenschaften der Bauteile aus der Anlage entsprechen ohne Nachbehandlung dem Originalmaterial vor der Verdüsung. Die erreichte Genauigkeit liegt vor der Nachbearbeitung per Hand – die lediglich aus einer Politur der Oberfläche besteht – bereits bei  plus/minus 50 µm.
 Dabei wollten es die kreativen Ingenieure jedoch nicht belassen. Ein Bauteil sollte ihrer Ansicht nach die Anlage „perfekt“ verlassen. Es wurde ein Oberflächenbehandlungs-Verfahren entwickelt und patentiert, um Teile mit optimalen Oberflächeneigenschaften aus der Maschine zu bekommen, die es sogar ermöglichen, eine anschließende Hochglanzpolitur durchzuführen.
 Als ein schwieriger Faktor hat sich in der Vergangenheit der Umgang mit den toxischen Metallpulvern erwiesen. Die Ingenieure der Concept Laser GmbH haben deshalb auf eine Problemlösung in diesem Bereich besonderen Wert gelegt. Somit wurden zunächst neuartige, nicht toxische und extrem rieselfreudige Pulver entwickelt und zum Standard für die M3 linear erklärt. Das LaserCUSING-Modul der M3 linear wurde mit einer automatischen Pulverabfuhr ausgestattet, die wie ein Kreislauf funktioniert. Nach Beendigung des Bauprozesses wird die Plattform automatisch abgesenkt und das überschüssige Pulver rieselt in einen Auffangbehälter. Von dort kann es wieder der Dosierkammer zugeführt werden, wobei der Benutzer kaum noch Kontakt zum Pulver hat. Dieses einfache Handling ermöglicht einen leichten Austausch verschiedener Pulverarten. Die Rüstzeit (Neubestückung) der Maschine wird auf ein Minimum verkürzt.
 Eine zirkulierende Inertgas-Atmosphäre und gleichzeitige Absaugung sorgen für eine optimale Klimatisierung, sodass 100 % dichte Bauteile mit einer metallisch glänzenden Oberfläche entstehen. Trotz ständiger Bedüsung ist der Verbrauch des zugeführten Inertgases sehr gering, da es in dem gefilterten Kreislauf verbleibt. Um im Fertigungsprozess weiter Zeit zu sparen, entwickelte Concept Laser  ein spezielles Beschichtersystem, bei dem sowohl auf der Hin- als  auch auf der Rückfahrt des Rakels Pulver aufgezogen wird. Die Beschichtungszeit reduziert sich somit um mehr als die Hälfte. Dabei bleibt der Vorstoß in die 3. Dimension keine leere Versprechung. Das LaserCUSING ermöglicht es, hochkomplizierte Formen im 3D Bereich zu generieren und den Form-einsatz mit Kühlkanälen zu versehen. Sprich, die Kühlkanäle, die
konventionell nur bedingt oder mit sehr großem Aufwand eingebracht werden konnten, werden nun während des Generiervorganges konturgetreu an den Werkzeugeinsatz angepasst. Durch optimal gekühlte Werkzeugeinsätze werden somit höhere Standzeiten und kürzere Zykluszeiten erreicht. Durch die 100 % Dichte der Bauteile gehören Ø
× Leckagen, aus denen Kühlwasser austritt, der Vergangenheit an.
 Der zweite bedeutende Anwendungsbereich der Lasertechnologie komplettiert das Spektrum im Werkzeugbau. Können mit dem LaserCUSING Bauteile generiert werden, so ist es im Umgekehrten nun möglich, nicht nur eine Tiefengravur, sondern eine echte 3D Gravur auf Freiformflächen zu realisieren. Erwähnenswert ist die hierfür von Concept Laser eigens konzipierte Software, die das Eindringen in die 3. Dimension erst ermöglicht. Das Abtragvolumen wird softwaretechnisch erzeugt, das Material Schicht für Schicht abgetragen, es verdampft durch die Lasereinwirkung.
 Den optimalen wirtschaftlichen Einsatz findet diese Technologie als Ergänzung zum Fräsen und Erodieren, so die Lichtenfelser High-tech Firma. Zum einen wird die Prozesskette effektiv verkürzt, ersetzt man die aufwendige Programmierung und Herstellung von Elektroden und den anschließenden Erodierprozess direkt durch den Laserabtrag. Zum anderen kann die Erstellung komplizierter, großflächiger Elektroden aus einem Stück mit dem sehr schnellen Laserabtrag im Graphit das konventionelle, aufwändige Programmieren und Erstellen vieler Einzelelektroden einsparen. Ein softwaretechnisch eingebundener Lasermess-Sensor ermöglicht zusätzlich die automatische Tiefenregelung im Prozess, und durch die besondere Belichtungsstrategie wird ein groß-flächiger Abtrag ohne Stoßkanten möglich.
 Die dritte Technologie, die sich mit der Maschine M3 linear verwirklichen lässt, ist das Beschriften. Durch die Einwirkung von Laserstrahlung können auf den unterschiedlichsten Metallen und Kunststoffen Markierungen und Beschriftungen aufgebracht werden. Mittels Lackabtrag ist es möglich, Tag- und Nacht Design für beispielsweise Pkw-Schaltelemente, Regler etc. herzustellen.
 Alle drei Technologien sind in einer Maschine zu haben. Die Maschine besteht zunächst aus dem Kernmodul, der Laserstation, in der sich der Laser und die über hochdynamische Linearmotoren angetriebenen Achsen befinden. (Es handelt sich um 3 optische und 3 mechanische Achsen). Die Positioniergenauigkeit der Linearmotoren liegt bei 15 µm. Die Strahl-ablenkung wird über trägheitsfreie Präzisions-Scansysteme verwirklicht. Um dennoch ein großes Belichtungsfeld zu realisieren, wird der Scankopf mittels hochdynamischer Linearmotoren über das patentierte
XY-Kreuztisch-System präzise positioniert.
 Das gesamte Projekt wurde von Anfang an aus der Erfahrung und den Bedürfnissen des Werkzeugbaus heraus betrieben. Vor allem auch unter dem Gesichtspunkt, kleinen und mittelständischen Unternehmen ein wirtschaftlich interessantes Paket anzubieten. Die Investitionskosten sollten niedrig gehalten und die Auslastung gesteigert werden.
 Die M3 linear ist, was Wirtschaftlichkeit und Rentabilität angeht, ein absolut bedarfsorientiertes Maschinenkonzept. Einmalige Investitionskosten für drei Technologien und die Maximierung der Auslastung sprechen nicht zuletzt auch im Hinblick auf mögliche Erweiterungen des Anwendungsspektrums durch den modularen Aufbau für sich. 
Drei Technologiemodule erlauben effektives, zeit- und kostensparendes Arbeiten. Durch einfaches Wechseln der Module wandelt sich die Anlage in max. 15 Minuten zur Nutzung einer neuen Technologie. Nach dem Öffnen der Laserstation werden die mobilen Module per Hand ein- oder ausgefahren. Bei diesem flexiblen Austausch der Technologiemodule machen sich problemloses Handling und höchster Bedienkomfort bemerkbar. So muss beim Beladen der Anlage mit z. B. großen Werk-zeugeinsätzen zum Abtragen oder Beschriften nicht das Werkzeug in die Anlage, sondern das Modul kann an jedem Arbeitsplatz mit dem Werkzeug bestückt werden.