Es gibt mehr als einen

Gravur von 3D-Strukturen, Konturen und Oberflächen per Laserstrahl

Seit mehr als zehn Jahren steht FOBA für Laserbeschriften. Das ist auch heute noch ein gewichtiges Standbein des Lüdenscheider Unternehmens. Dabei setzte das FOBA von Anfang an auf selbstentwickelte Nd:YAG-Laserstrahlquellen, die auch auf dem OEM-Markt gefragt sind. Jüngste Aktivität sind Maschinen zur 3D-Gravur, die vor allem im Werkzeug- und Formenbau auf reges Interesse stoßen. Das Erzeugen von Kavitäten per Laserstrahl verspricht für diese Branche neue Möglichkeiten.    
 Der Name des 1969 gegründeten Unternehmens FOBA leitet sich aus dem Begriff Formenbau ab. Die hundertprozentige HASCO-Tochter hat also ihre Ursprünge in einem Markt, der nunmehr mit der 3D-Lasergravur in der Rolle eines Maschinenlieferanten von dem Lüdenscheider Unternehmen besetzt wird. Das Thema Laser ist seit 1991 bei FOBA präsent (Laserbeschriften und 2D-Gravieren), und seit zwei Jahren ist die Lasertechnik ausschließliches Thema der FOBA Technology + Services GmbH. Und das recht erfolgreich: Mit 17,4 Mio. Euro Umsatz der FOBA hat die HASCO-Gruppe ein gewichtiges Standbein im Laserbusiness.   
 Mit den Lasergravurmaschinen G 10 und G 900 haben die FOBA-Ingenieure um Produkt-manager Dipl.-Ing. Thomas Schindler ganze Arbeit geleistet. Innerhalb von einem Jahr wurde die G-Baureihe zur 3D-Lasergravur auf die Beine gestellt und zur LASER 2001 in
München erstmals gezeigt. Dreißig verkaufte Systeme in eineinhalb Jahren sprechen dabei eine deutliche Sprache.  
 Obwohl man mit den Gravurmaschinen auch laserbeschriften kann, so sind die G 10 und die G 900 doch echte Werkzeugmaschinen. Thomas Schindler: ¿Diese Maschinen orientieren sich vom Grundkonzept her an den Anforderungen des Werkzeug- und Formenbaus. Im Gegensatz zu unseren Beschriftungsanlagen handelt es sich dabei um ¿klassische` Werkzeug-maschinen.¿ Ihren Einsatz findet die G-Baureihe von FOBA bei der Gravur und Beschriftung von Werkzeugformen, Blasformen, Formeinsätzen, Erodierelektroden, Prägestempeln oder Druck-Klischees sowie für dekorative Gravuren und zur Oberflächenbearbeitung.  
 Schon mit den Vorgängermaschinen, die eigentlich Laserbeschrifter waren, wurden per 2D-Gravur Kavitäten erzeugt. Ein Beispiel wären etwa Formeinsätze (etwa Datumsstempel) für Spritzgussformen in bester Qualität. Das war übrigens eine der Ursachen, weshalb man sich in der HASCO-Gruppe überhaupt mit der Lasermaterialbearbeitung beschäftigte. Noch heute gehören diesbezügliche Jobshop-Aufträge der Konzernmutter zum Alltagsgeschäft bei FOBA. Das wirklich neue an den Maschinen der G-Baureihe ist die standardmäßige Erweiterungsmöglichkeit auf 5 Achsen und damit die Möglichkeit zur 3D-Gravur. Doch mit der bloßen Erweiterung auf 5 Achsen ist es längst nicht getan, wie Thomas Schindler ausführt: ¿Der Knackpunkt liegt nicht im Maschinenbau. Eine gute Werkzeugmaschine zu bauen, ist bei der heutigen Verfügbarkeit erstklassiger Komponenten nicht das Thema. Das eigentliche Know-how steckt im Laserkopf bzw. in der
Frage, wie der Laser anzusteuern ist, damit das Material in entsprechender Qualität bearbeitet werden kann. Vor dem Hintergrund unserer mehr als zehnjährigen Erfahrung im Beschriften und Gravieren haben wir mit entsprechendem Entwicklungsaufwand Lösungen erarbeitet, die sehr gute Oberflächenqualitäten erreichen.¿
 Bei Werkzeugstählen werden mittlerweile Qualitäten von Ra = 0,3 µm erreicht. Wobei für das Lasergravieren die Faustregel gilt: Je härter der Werkzeugstahl, desto besser das Ergebnis. Thomas Schindler: ¿Wir sehen die 3D-Lasergravur als Bestandteil der ganzen Prozesskette im Werkzeug- und Formenbau, wobei wir das Verfahren durchaus als Alternative zum Erodieren verstehen. Wir sehen eine ganze Reihe von Einsatzfällen, wo wir gegenüber EDM sowohl qualitative, als auch wirtschaftliche
Vorteile generieren können.¿ Als nachgeschalteter Prozess nach dem
Fräsen benötigt das Lasergravieren keine weitere Programmierung (die nötigen STL-Files werden direkt aus dem CAD/CAM-System gewonnen) und auch zusätzlicher Aufwand, wie etwa die Elektrodenherstellung beim Erodieren, entfällt gänzlich.
 Dennoch wird die Lasergravur niemals auf breiter Front das
Erodieren ersetzen können, das weiß man auch in Lüdenscheid. Aber: Wenn es um filigrane Konturen und entsprechende Oberflächenqualitäten geht, gibt es in immer mehr Einsatzfällen kaum mehr Alternativen. Dementsprechend optimistisch beurteilt Thomas Schindler die Marktchancen: ¿Ich wage die Prognose, dass jeder, der heute eine EDM-Maschine in der Werkstatt hat, auf lange Sicht auch eine Lasergravurmaschine haben wird. Bei einer Reihe von Applikationen spricht einfach der Zeitvorteil gegenüber dem Erodieren für den Laser.¿ In den meisten Fällen wird die Lasergravur aber kein ersetzendes, sondern eher ein ergänzendes Verfahren innerhalb der Prozesskette sein.  Ø
×  Dies wird schon daran deutlich, dass die Lasergravur denkbar ungeeignet ist, wenn es darum geht, große Flächen zu bearbeiten. Es wird wohl immer ein Traum der ¿Laserfraktion¿ bleiben, dass man einen ähnlich hohen Materialabtrag, wie etwa beim Fräsen, realisieren kann. Aber wie gesagt, wenn es um filigrane Dinge geht, arbeitet ein 0,1 oder 0,05 mm Laserspot besser als ein berührendes Verfahren. Neben vielen anderen Faktoren bestimmt die Abtragsrate maßgebend die Wirtschaftlichkeit der Lasergravur. Will man beste Oberflächenqualitäten erzeugen (Ra 0,3 µm) muss beim Laser mit einer Abtragsrate von 5 mm3/min kalkuliert werden.
 Apropos Oberflächenqualität: Diese erreicht man bei Foba durch eine Verfahrenskombination von Laserabtragen und einem ¿Laserglätten¿. Das in Lüdenscheid entwickelte Verfahren erreicht seine sehr guten Oberflächenqualitäten durch zwischengeschaltete ¿Glättungsmechanismen im Prozess selbst¿, die ebenfalls per Laserstrahl durchgeführt
werden. Mehr ins Detail wollte Thomas Schindler jedoch nicht gehen. Ebenso wenig, was das Erzeugen senkrechter Wände in der Kavität betrifft. Nur soviel: ¿Einer unserer Mitbewerber setzt zur Lösung dieses Problems auf eine zusätzliche optische Achse. Ich möchte nur so viel sagen: Wir brauchen eine solche Achse nicht.¿ Über das Weshalb wollte er uns jedoch nichts verraten.   
 Dass mit der G 10 und der G 900 gleich zwei Maschinen angeboten werden, hängt in erster Linie mit der Tatsache zusammen, dass im Werkzeug- und Formenbau der Begriff ¿filigran¿ nicht zwangsweise mit kleinen Werkstückgrößen und -gewichten zusammenhängt. So unterscheiden sich beide Maschinen zunächst dahingehend. Während die G 10 Werkstücke bis 100 kg bewältigen kann, schafft die G 900 bis zu 400 kg. Entsprechend dimensioniert sind Arbeitsräume und Verfahrwege. 300 x 300 mm2 bei der G 10 und 900 x 400 mm2 bei der G 900 markieren die Achswege. Das Gravur- bzw. Scanfeld ist bei beiden Anlagen mit 114  x 114 mm2 gleich und auch der lampengepumpte 100-W-Nd:YAG-Laser aus eigener Entwicklung ist in beiden Anlagen zu finden.
 Thomas Schindler ist mit den bisherigen Verkaufserfolgen für die G-Baureihe mehr als zufrieden. Er weiß aber, dass gerade im Werkzeug- und Formenbau der Laser noch immer den Hauch eines exotischen Werk-zeuges hat. ¿Wir müssen intensiv daran arbeiten, das Verfahren stärker bekannt zu machen. Dazu gehört aber auch, dass wir offen und ehrlich aufklären, wenn wir Applikationen sehen, wo der Lasereinsatz keinen Sinn macht. Die Prämisse für unsere Anlage, und damit für das Verfahren selbst, ist: Der Einsatz muss wirtschaftlich sein und zugleich die Quali-tätsanforderungen des Werkzeug- und Formenbaus erfüllen.¿         fjg