Laserbundelbewerking: Principes, proces, apparatuur, toepassingen en voor- & nadelen

Laserbundelbewerking (LBM)

Laserbundelbewerking is een thermisch bewerkingsproces dat een laserbundel gebruikt om warmte te produceren. Metaal wordt verwijderd door smelting en verdamping van deeltjes vanaf de werkstukoppervlakte. Het is een niet-conventioneel proces zonder fysieke tool, toepasbaar op zowel metallen als niet-metallen, voornamelijk voor snij- en booroperaties.

Principe

LASER staat voor "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation". Wanneer een atoom elektronen energie opneemt, springen deze naar een hogere energieniveau. Dit is onstabiel, waardoor de elektronen de energie als fotonen afgeven en terugkeren. Als een al geëxciteerd atoom energie opneemt, emiteert het dubbele energie. De uitgezonden energie heeft dezelfde frequentie en golflengte als de stimulerende energie. Dit is het fundamentele principe van laser. Wanneer lasermateriaal blootgesteld wordt aan een energiebron, absorbeert het energie en geeft dit weer af als een zeer geampliceerd lichtbundel.

Het proces gebruikt een smalle, monochromatische, intense laserbundel die elk metaal of niet-metaal kan snij, ongeacht hardheid. Zelfs diamant, het hardest bekende materiaal, kan worden gesneden.

Apparatuur

Voeding

Levert energie voor excitatie van elektronen. Voedt xenon-flitslampen die lichtenergie produceren, waarmee het lasermateriaal belicht wordt om energie op te slaan.

Laserontladingsbuis

Bevat het lasermateriaal. Hier vindt excitatie en terugval plaats. Eén kant is deels transparant voor laseruitgang, de andere 100% reflectorend. De buis ligt tussen de flitslampen.

Lasermateriaal

Veelvoorkomend zijn CO₂ (gepulst of continu) en Nd:YAG. CO₂ straalt in het infrarood en levert tot 25 kW continu. Nd:YAG is een vastestatlaser die licht door vezeloptica kan geleiden, met 50 kW gepulst en 1 kW continu.

Focuserende Lens

Een convexe lens die de laserbundel op het werkstuk focust.

Werking

1. Lasermateriaal (bijv. CO₂) wordt in de ontladingsbuis gebracht.
2. Voeding wordt ingeschakeld; flitslampen produceren lichtenergie voor elektronexcitatie.
3. Atomen absorberen energie; elektronen springen naar hogere energieniveau (onstabiel).
4. Bij voldoende energie-emissie ontstaat coerente, geampliceerde lichtbundel.
5. De lens bundelt het licht en richt het op het werkstuk.
6. De laser smelt of verdampt materiaal aan de contactoppervlakte.

Toepassingen

• Boren van microgaten (~0,005 mm) in refractaire en keramische materialen.
• Boren en snijden van metalen en niet-metalen.
• Uitgebreid in elektronica- en automotive-industrie.
• Luchtvaartindustrie.
• Complexe profielen waar conventionele tools faalde.

Voordelen en Nadelen

Voordelen

• Alle materialen bewerkbaar.
• Geen toolingkosten (geen fysieke tool).
• Hoge oppervlakteafwerking.
• Geen toolslijtage.
• Microgaten met hoge precisie.
• Complexe vormen door vrije bundelbeweging.
• Zeer harde materialen bewerkbaar.
• Hoge nauwkeurigheid.
• Gemakkelijk te automatiseren en flexibel.

Nadelen

• Ondoelmatig bij grote series (tegenover stansen).
• Hoge investerings- en onderhoudskosten.
• Geen blinde gaten mogelijk.
• Laserstraling vormt veiligheidsrisico's.