Rückblick Praxiszirkel Polymers & Structures

15.02.2019

Marcel Steiner, Leiter Marketing und Vertrieb, stellt die Firma Primaform vor, die 1965 gegründet wurde, im Jahr 2000 mit der 1956 gegründeten Firma Stamag AG fusioniert hat und seit 2002 im heutigen Gebäude in Thun zu Hause ist. Die Primaform stellt hoch komplexe Präzisionsspritzgussformen für Einkomponenten-, Mehrkomponenten- und Hybridteile her. Im Jahr 2017 stieg die Primaform AG in die Lasertexturierung von Spritzgusswerkzeugen ein, die auf den vier Säulen Design, Substitution von Fertigungsverfahren, Erzeugung von funktionalen Oberflächen und Individualisierung durch Veredelung beruhen. Ciril Huber, der Leiter Lasertechnologie bei Primaform, erklärte die vielfältigen Möglichkeiten des 5-Achsen, 30 Watt Ytterbium-Faserlaser mit einer Phasenweite von 4 bis 200 Nanosekunden. Die Strukturierung der Oberflächen wird zur Funktionalisierung eingesetzt. Dadurch kann die Haftung von Klebern verbessert oder die Haftreibung erhöht, die tribologischen oder haptischen Eigenschaften verändert oder die Sichtbarkeit von Bezeichnungen erhöht werden. Technologisch ist die Laserstrukturierung den anderen Verfahren, wie dem wesentlich weniger umweltfreundlichen Ätzverfahren, bezüglich Geschwindigkeit, Präzision, Reproduzierbarkeit, Kantenschärfe und Designmöglichkeiten deutlich überlegen.

Heute zählt die 2011 gegründete und auf die Entwicklung, Bau, Verkauf, Service und Schulung von Gesamtsystemen von Laser Mikro Applikationen, wie Feinschneiden, Mikroschweissen, Bohren von Löchern mit hoher Oberflächengüte und Kaltabtrag durch ultrakurze Pulszeiten spezialisierte Firma Class 4 Laser in Lyss 15 hoch qualifizierte Mitarbeitende. Der Geschäftsführer, Stephan von Wolff schilderte anschaulich die Vorteile des Einsatzes eines intelligenten Messsystems, das direkt in der Laserbearbeitung integriert ist. Anhand des eigenen Systems, Starfighter OCT by C4L, wobei OCT für Optical Coherence Tomography steht, das mit einer Messfrequenz von 70 kHz in einem Messbereich von ± 6 mm arbeitet, über eine Auflösung von 100 nm verfügt und eine Genauigkeit bei der Kantenerkennung von 1 µm hat und in der Z-Achse eine von 5 µm, kann man mit hoher Messgeschwindigkeit, ohne Offset zwischen Bearbeitungs- und Messstrahl, ohne Verfahren von Achsen oder Ausspannen des Bauteils mit hoher Messgenauigkeit die Abtragtiefe online überprüfen. Eine Anwendung ist die Wiederöffnung von Löchern der Kühlkanäle von Turbinenschaufeln. Die Messung benötigt dabei saubere Oberflächen, da z.B. Staub mitgemessen wird. Eine technische Schwierigkeit ist, dass Arbeits- und Messstrahl nicht die gleiche Wellenlänge hat. Für die Zukunft des Messsystems sieht von Wolff eine drastische Erhöhung der Messfrequenz auf über 1 MHz, eine signifikante Erhöhung des Messbereichs, die Reduktion der Spotgrösse auf 1 µm und eine Genauigkeit in allen drei Raumachsen von < 1 µm bei voller Synchronisation der 5 achsigen Messung.

Die Pulszeit des Lasers ist so ungeheuer kurz, dass das Licht in der Zeit des Pulses nur die Strecke eines Bruchteils eines Haardurchmessers kommt. Gemessen wird diese Zeit in Femtosekunden (1Fs = 10-15s). Die Energie des Laserstrahls ist dafür im Bereich der Energie eines AKW’s, d.h. rund 1 GW. Prof. Dr. Beat Neuenschwander, ALPS – Laser Surface Engineering der Berner Fachhochschule in Burgdorf beschäftigt sich mit seiner Arbeitsgruppe mit solchen ultraschnellen Lasern in seinem gut ausgerüsteten Labor, das Reinraumkriterien erfüllt. Mit diesen ultrakurzen Laserpulsen ist Materialabtragung möglich, ohne einen zu grossen Anteil der Energie als Wärme in das Werkstück einzutragen. Allerdings ist diese kalte Abtragung nicht wirklich kalt, denn trotz der ultrakurzen Pulse wird in der Grössenordnung von 40% der Energie des Lasers in den Werkstücken doch in Wärme umgesetzt.

Primaform ermöglichte einen Betriebsrundgang und zeigte bei laufendem Betrieb Schritt für Schritt die Herstellung der hoch komplexen Werkzeuge für die äusserst anspruchsvollen Anwendungen und natürlich auch die Lasertexturierung. Es ist für Aussenstehende ein Rätsel, wie die komplexen Spritzgussteile am Ende der Herstellung aus den Formen gefahren werden können. Die Lösung dieser schwierigen 3D-Rätsel, die Planung und der Bau der Spritzgussformen, die so geöffnet werden, dass die fertigen Bauteile ausgefahren werden können, gehört zu den Kernkompetenzen von Primaform.

Beim abschliessenden Apéro konnten sich die Teilnehmenden austauschen und ihr persönliches Netzwerk pflegen und erweitern, was sehr intensiv genutzt worden ist.

Bei der hervorragenden Gastgeberin, die Primaform AG mit allen beteiligten Mitarbeitenden als auch den engagierten Referenten gehört ein herzliches Danke für diesen äusserst gelungenen, informativen und lehrreichen Nachmittag.

www.primaform.ch

www.class4laser.ch

www.ti.bfh.ch/de/forschung/institute_for_applied_laser_photonics_and_surface_technologies/research_groups/laser_surface_engineering.html