Grafik, die das wasserstrahlgeführte Laserbearbeiten eines Werkstücks darstellt

Neue Bearbeitungsqualitäten dank innovativem Laserschneidverfahren

Die Materialbearbeitung mit dem wasserstrahlgeführten Laser ist ein hybrides Verfahren, welches den Laser mit einem haarfeinen Wasserstrahl verbindet. Dieses bringt die Vorteile der herkömmlichen Laserschneidverfahren wie eine hohe Präzision als auch Geschwindigkeit mit und vermindert gleichzeitig deren Nachteile wie Wärmeeintrag auf Werkstoffen und meist konisch verlaufende Schnittkantenwinkel. Das Ergebnis sind qualitativ sehr hochwertige, kostengünstig und schnell bearbeitete Bauteile aus Hochleistungsmaterialien. Entdecken Sie jetzt die Möglichkeiten der Wasserstrahl-Lasertechnik!

Wie funktioniert der Wasserstrahlgeführte Laser?

Die wasserstrahlgeführte Lasertechnologie, auch als Water jet guided technology bezeichnet, wurde als Laser MicroJet® durch Synova S.A. im Schweizer Duillier entwickelt und patentiert. Der entscheidende Unterschied zu anderen Lasertechnologien ist die Einkopplung des Laserstrahls in einen äußerst feinen, laminaren Wasserstrahl, der die Laserimpulse durch Totalreflexion präzise zum Werkstück führt. Der Wasserstrahl fungiert quasi wie ein Lichtleiter ähnlich einer optischen Faser.

mit der Wasserstrahlgeführten Lasertechnologie bearbeitetes Aluminium-Bauteil

Was sind die Vorteile dieser Wasserstrahl-Laserbearbeitung?

Der größte Vorteil in der industriellen Anwendung liegt in dem großen, erreichbaren Aspektverhältnis von bis zu 400:1 bei Schnitten und 20:1 bei Bohrungen (beides materialabhängig) und der gleichzeitig effizienteren Bearbeitung von elektrisch nichtleitenden meist sehr dicken Materialien, die nicht erodiert werden können und wo die klassische Schleifbearbeitung mit oder ohne Ultraschallunterstützung wirtschaftlich kaum vertretbar ist.

Zudem bietet das Verfahren einen großen Arbeitsabstand von bis zu 50 Millimetern. Durch den sehr schmalen und zylindrischen Wasserstrahl, der im Inneren den Laserstrahl führt, lassen sich sehr dünne Schnittfugen und senkrechte Schnittkanten mit hoher Präzision und minimalem Materialverlust bei gleichbleibend hoher Schnittqualität erreichen. Zudem ist das Verfahren durch den Wasserstrahl nahezu Z-Lagen unabhängig, wodurch auch in Holräumen, Löchern und Taschen bearbeitet werden kann.

Die Verbindung des Lasers mit dem Wasserstrahl sorgt während der Bearbeitung für eine ausreichende Kühlung des Werkstücks, sodass thermische Schädigungen vermieden und der Materialverzug minimiert wird. Auch abgetragene Werkstoffrückstände werden durch das Wasser effektiv entfernt und abtransportiert. Oxidation und Partikelkontamination wird auf ein Minimum reduziert.

Da es sich hier um ein abtragendes Verfahren handelt, muss das Material nicht komplett geschnitten werden. Somit können auch Taschen und Fasen gefertigt werden.
 

Wasserstrahlgeführter Laser oder konventioneller Laser?

Im direkten Vergleich zu herkömmlichen Laserbearbeitungsverfahren zeigen sich die Vorteile der Laserwasserstrahl-Technologie noch einmal deutlich: Flexibilität stellt sich als der größte Vorteil heraus, was durch einen sehr großen nutzbaren Bereich an Tiefenschärfe erreicht wird. Durch die Verwendung eines laminaren Wasserstrahls als Lichtleiter muss die Fokuslage nicht angepasst werden. Zudem ist das Laserschneiden von Freiformgeometrien und auch eine Bearbeitung von unebenen Oberflächen sowie in der dritten Dimension mit unterschiedlichen Schneidtiefen möglich. 

Auch die Form des Bearbeitungsstrahls unterscheidet sich zwischen den beiden Verfahren. Bei der konventionellen Lasermaterialbearbeitung ist der Laserstrahl aufgrund seiner Divergenz konisch geformt und hinterlässt bei der Bearbeitung nicht parallele sondern schräge Schnittkanten. Demgegenüber steht der zylindrische Wasserstrahl, der durch Totalreflexion den Laserstrahl leitet und so konstante Laserstrahlintensität in seinem Inneren gewährleistet. Dadurch können mit der neuen wasserstrahlgeführten Technologie hochpräzise, senkrechte und parallele Schnittkanten.

Der bereits erwähnte Abtransport von abgetragenem Material durch das Wasser verhindert Ablagerungen und Verschmutzungen auf der Oberfläche der bearbeiteten Objekte. Der konzentrierte Wasserstrahl sorgt darüber hinaus dafür, dass keine Grate durch Ablagerungen entstehen. 

Vergleich wasserstrahlgeführter versus konventioneller Laser

  wasserstrahlgeführter Laser konventionelle Laser
Anpassung Fokus nicht erforderlich präzise Anpassung notwendig
Bearbeitungsstrahl zylindrisch durch Einkopplung in Wasserstrahl konisch durch Divergenz
Schnittkanten/Schnittspalt senkrecht, parallel (zylindrisch) schräg, konisch (V-Form)
Schnittfugenbreite sehr schmal (0,02–0,1 mm) schmal bis breit (0,1–1,0 mm)
Aspektverhältnis sehr hoch (400:1 bei Schnitten, 20:1 bei Bohrungen - beides materialabhängig) gering (ca. 1:3 bis 1:5)
Arbeitsabstand groß begrenzt
Wärmeeinflusszone keine (konstante Kühlung) ja (thermisches Verfahren)
Oberflächeneffekte saubere Oberfläche (Partikelabtransport durch Wasser) verunreinigte Oberfläche (Ablagerungen, Grate, Verschmutzungen)
     

Zusammenfassend bietet die wasserstrahlgeführte Laserbearbeitung durch die Kombination aus konstanter Kühlung und zylindrischem Strahl eine unerreichte geometrische Präzision mit perfekt parallelen Kanten und maximale Bauteilqualität ohne thermische Schäden. Damit übertrifft sie konventionelle Laserverfahren insbesondere bei tiefen, filigranen als auch schmalen Schnitten und garantiert absolut saubere, nacharbeitsfreie Oberflächen.

In welchen Bereichen werden Wasserstrahl-Laserverfahren angewandt?

Es handelt sich um eine Technologie für Mikropräzisionsbearbeitung, die in vielen Bereichen Einsatz findet, die höchste Genauigkeit erfordern. Beispiele hierfür sind neben dem Bereich der Automatisierung und Ausrüster für die Halbleiterindustrie, die Luft- und Raumfahrtindustrie, die Feinmechanik wie die Uhren- und Luxusgüter-Industrie, die Medizintechnik, die Elektronik & Opto-Elektronik sowie der Bereich Automotive.

 

Produkte, die durch das wasserstrahlgeführte Lasertechnologie gefertigt werden

  • keramische Messer und Instrumente in der Medizintechnik
  • elektrostatische Chucks, Bauteile und Vakuumhandlingsysteme in der Halbleiterindustrie
  • Masken und Thermoschutzelemente für den High-End-Maschinenbau
  • Strahldüsen, Dichtungen und Ballistikschutz für Defence & Automotive
  • Spiegel und Gehäuse für die Elektronik & Opto-Elektronik
  • Uhren & Luxusgüter-Industrie

Welche Materialien lassen sich mit Waterjet Laser Technology bearbeiten?

Das Wasserstrahlhybridschneiden mit Laserstrahlung gilt als besonders schonend, weswegen es sich insbesondere für die Bearbeitung empfindlicher Oberflächenbeschichtungen, verformungs- und wärmeempfindlichen Werkstücken sowie spröder und harter Materialien eignet. Generell gilt das Verfahren als vielseitig und eignet sich für die Bearbeitung von:

  • Silizium (poly- und monokristallines) 
  • Siliziumcarbid (SiC, SSiC, SiSiC, RSiC), Borcarbid (B4C)
  • Siliziumnitrid (SiN, Si3N4), Bornitrid (BN)
  • Ferritwerkstoffe (hart- und weichmagnetische Materialien)
  • Graphit
  • Zirkonoxid (ZrO, ZTA, ATZ), Low Temperature Cofired Ceramics (LTCC), High Temperature Cofired Ceramics (HTCC)
  • Edel- und Federstähle
  • Aluminium und -legierungen, Titan- und Nickellegierungen
  • Refraktär-Metalle (W, Mo, Ta, Nb)

Weitere Materialien gern auf Anfrage.

Zuzüglich zu den vielfältigen Materialien ist ein weites Spektrum an Materialdicken von 0,1 bis 20 mm für die Bearbeitung möglich. Hierbei ist die Auswahl abhängig von den jeweils gewählten Materialien.

Was sind Einsatzgebiete des wasserstrahlgeführten Lasers?

So vielseitig wie die Vorteile und verwendbaren Materialien sind auch die Einsatzgebiete des wasserstrahlgeführten Lasers, der sich auch neben anderen nicht-konventionellen Bearbeitungsmethoden wie dem Drahterodieren, dem Schleifen und dem abrasiven Wasserstahlschneiden etabliert hat. Zu den möglichen Bearbeitungsprozessen auf bis zu drei Achsen gehören:

  • Wasserstrahl-Laserschneiden
  • Wasserstrahl-Laserbohren
  • Wasserstrahl-Laserstrukturieren
  • Wasserstrahl-Laserkerben
  • Wasserstrahl-Lasergravieren

Diese Verfahren zeichnen sich durch ihre hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit und -genauigkeit aus. Dabei bleibt die Präzision unberührt.

Siliziumcarbid-Bauteil (SiC) mit wasserstrahlgeführter Laserbearbeitung teilweise abgetragen/strukturiert und Außenkonturschnitt
SiC Abtrag und Außenkonturschnitt
lasergeschnittene Zahnräder aus Aluminium, t=2 mm
lasergeschnittene Zahnräder aus Aluminium, t=2 mm
lasergeschnittenes Bauteil aus Silizium, t=6 mm
Schnitte mit hohem Aspektverhältnis in 6 mm polykristallines Silizium
Lasergebohrte Bauteile in AlN und SiC Keramik mit Stegbreiten von 100 µm
Lasergebohrte Bauteile in AlN und SiC Keramik mit Stegbreiten von 100 µm

Datenblätter zum Download

  • pdf
    Wasserstrahlgeführte Laserbearbeitung
    113 KB
  • pdf
    Laserfeinschneiden
    422 KB
  • pdf
    Laserstrukturieren
    151 KB
  • pdf
    Datentransfer
    561 KB

Wasserstrahlgeführte Laserbearbeitung und unsere weiteren Services

Durch unsere Kompetenz in der Wasserstrahl-Laserbearbeitung tun sich Ihnen zahlreiche Vorteile für Ihre industriellen Anwendungen auf. Mit modernster Technologie und präzisen Ergebnissen bieten wir Ihnen maßgeschneiderte Lösungen für unterschiedlichste Materialien und Anforderungen. Neben dem Wasserstrahl-Laserschneiden bieten wir auch umfassende Dienstleistungen in den Bereichen Laserbohren, Laserstrukturieren, Laserritzen und Laserbeschriften.

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