Die 3D-Laserbearbeitung bietet vielfältige Möglichkeiten für unterschiedliche Anforderungen. Ein schwäbischer Edelstahlspezialist setzt für Entwicklungs- und Konstruktionsprojekte eine flexible Roboter-Laserschweißanlage ein. Für die Produktion von mittleren und großen Serien stehen rationelle Schweiß- sowie Schneidanlagen zur Verfügung.

Auf der Trumpf 3D-Laserschneidanlage werden Abdeckungen für Befestigungselemente von Badetuchhaltern gefertigt.

Auf der Trumpf 3D-Laserschneidanlage werden Abdeckungen für Befestigungselemente...

Wer nach rationellen und gleichzeitig hochwertigen Lösungen in der Blechbearbeitung sucht, wird meist bei der Laserbearbeitung fündig. Je höher dabei die Anforderungen an Material, Teilegeometrie und Prozesssicherheit sind, desto stärker lichtet sich der Kreis potenzieller Anbieter. Wenn es beispielsweise um räumliche Bauteile mit komplexen Geometrien geht, ist die 3D-Laserbearbeitung unverzichtbar, sowohl beim Schweißen als auch beim Schneiden.

Die Michelfelder Automotive GmbH bietet ein breites Spektrum an Laserbearbeitungsmöglichkeiten, sowohl im 2D- als auch im 3D-Bereich. Die Firmengruppe hat sich auf die Verarbeitung hochwertiger Edelstähle spezialisiert und bedient, von zwei Standorten in Deutschland aus, mit insgesamt über 100 Mitarbeitern, verschiedene Industriezweige – vom reinen Lohnfertigungsauftrag bis zur kompletten Neukonstruktion und Fertigung von Zulieferteilen, Komponenten und Baugruppen. Beliefert wird vorrangig die Fahrzeugindustrie, die Lebensmittelindustrie, der Maschinenbau sowie Anwender rund um die Reinraum-, Pharma- und Medizintechnologie.

Langjährige Erfahrung

Bereits im Jahr 2000 wurde am Stammwerk in Fluorn-Winzeln eine 3D-Roboter-Laserschweißanlage installiert. Den Anstoß dafür gab eine konkrete Kundenanfrage, wie sich Anlagenbetreuer Michael Hörmann erinnert: „Es ging um eine Schweißaufgabe bei Schaltschrankgehäusen, die sich mit herkömmlicher Schweißtechnik nur mit sehr hohen Nacharbeitskosten umsetzen ließ – und das war kalkulatorisch einfach nicht durchführbar. Die Überlegung, wie wir diese Schweißnähte mit möglichst wenig Nachbearbeitungsaufwand realisieren könnten, führte uns schließlich zum Laserschweißen.“

Die Laserschweißzelle, bestehend aus einem 6-Achs-Fanuc-Roboter, einem Dreh-Kipptisch und einem 2 kW-Nd:YAG-Laser von Trumpf, wurde in Eigenregie gebaut. Seither konnte eine Fülle von Applikations- und Verfahrensentwicklungen mit der Laserzelle realisiert werden und die Nachfrage, insbesondere in Gestalt kundenbezogener Konstruktionsanwendungen, ist nach wie vor hoch. Obwohl der Laserroboter auch gelegentlich für 3D-Schneidaufgaben eingesetzt wird, bleibt das Laserschweißen der primäre Anwendungsbereich, neben der Serienfertigung bei Versuchen, Bemusterungen und Nullserien. Von seiner Auslegung her, ist der Roboter bei Materialstärken von mind. 1 mm und relativ hohen Einschweißtiefen besonders effizient.

Die bekannten Vorzüge des Laserschweißens bietet Michelfelder somit auch für komplexe 3D-Bauteile. Dazu gehört beispielsweise die geringe Wärmeeinflusszone, welche durch hohe Schweißgeschwindigkeiten sichergestellt wird und die Werkstücke entsprechend vor Verzug schützt. Die Schweißnähte sind, dank sicherem Prozessverlauf, hochpräzise und weisen kaum Rückstände auf, wodurch das kostenintensive, manuelle Nacharbeiten weitgehend entfällt. Enorm flexibel ist der Laserschweißroboter im Handling: Dank relativ kurzer Rüstzeiten lassen sich neben Einzelteilen sowohl Serien in mittleren Stückzahlen als auch kleinere Losgrößen wirtschaftlich fertigen.

Fertigung zum 3D-Laserschneiden erweitert

Anfang 2008 wurde der Maschinenpark bei Michelfelder um eine Trumpf TLC-Laserzelle erweitert. „Diese 5-Achs-Anlage eignet sich besonders zum 3D-Laserschneiden von räumlichen Bauteilen, mit überwiegend komplexen Geometrien im höheren Stückzahlbereich“, erläutert Produktionsleiter Martin Hezel. Sie ist mit einer automatisierten Zuführung ausgestattet und sorgt für rationelle Teilefertigung mit hoher Schnittkantenqualität. Zu den aktuellen Anwendungsfällen gehört die Serienproduktion von Abdeckungen für Befestigungselemente von Badetuchhaltern, geordert von einem renommierten Hersteller von Sanitäreinrichtungen. Vorgabe ist hierbei eine Positioniergenauigkeit von +/- 0,2 mm – verarbeitet wird rostfreier Edelstahl der Güte VA 1.4301. Ein im Hause Michelfelder vorgefertigtes Element in Form eines Halbrohres wird, nach automatischer Zuführung, vom TLC-Laser auf das erforderliche Maß abgelängt. Im Anschluss daran erfolgt das 3D-Einschneiden von zwei Durchbrüchen, damit die Halterung später befestigt werden kann. Das Oberflächenfinishing übernimmt in diesem Fall der Kunde – es wird auf Wunsch auch komplett von Michelfelder ausgeführt.

Ein weiterer idealer Anwendungsfall für die TLC-Anlage ist ein Rohrkrümmer für die PKW-Abgastechnik, der in kleiner Serie gefertigt wird. In die beigestellten Edelstahlteile (Durchmesser: 50 mm, Wandstärke: 1,5 mm) werden ovale Durchbrüche eingeschnitten, sogenannte Schrägschnitte. „Da der Nachbearbeitungsaufwand minimal ist, wird hierbei ein sehr gutes Preis-Leistungs-Verhältnis erzielt“, resümiert Martin Hezel.

Für hohe Stückzahlen mit kurzer Taktung

Ergänzend zum 3D-Bereich verfügt Michelfelder auch über eine Rundnaht-Laserschweißanlage Trumpf LASMA. Diese eignet sich besonders zum Schweißen von unpositionierten Rundnähten (Stirn- und Mantelnähte). Hierbei ist der Nahtanfang nicht bestimmt, die Nahtlänge sowie die Start- und Endrampe sind jedoch programmierbar. Die Maschine wird optimal genutzt, wenn die Entnahme- und Einlegezeit in etwa der Schweißzeit entsprechen. „Bei idealer Taktung lassen sich die Stückkosten im Vergleich zu konventionellen Schweißtechniken deutlich reduzieren, in Einzelfällen sogar um mehr als 25 Prozent“, verweist Michael Hörmann auf die positiven Erfahrungen als Zulieferer der Fahrzeugindustrie. Das Verfahren biete darüber hinaus enormes Innovationspotenzial für verschiedene Anwendungen, z. B. durch die Substitution von Drehprozessen in der Getriebetechnik, etwa beim Verbinden von Zahnrädern und Zahnstangen.

Modernes QS-Labor für optimale Prozesssicherheit

Nicht viele Unternehmen in der Größenordnung von Michelfelder verfügen über ein solch modern und umfangreich eingerichtetes QS-Labor mit eigenem Mitarbeiterstab. Dank vielfältiger Prüf- und Dokumentationsmöglichkeiten lassen sich Fertigungsprozesse kontinuierlich überwachen bzw. optimieren. Zur Gewährleistung der Prozesssicherheit werden z. B. die Schweißnähte in Ihrer geometrischen Form bzw. deren Einschweißtiefe beurteilt. Sämtliche Messergebnisse lassen sich vom Mikroskop auf einen angeschlossenen PC übertragen – Schliffbilder sind so in digitaler Form jederzeit für den Kunden verfügbar.