Laserontbramen verhoogt de componentkwaliteit

Bramen op gesneden en gestanste randen van plaatmetaal verhogen het risico op letsel en kunnen vaak kabels beschadigen en oppervlakken bekrassen. Alleen al daarom is het zinvol om dergelijke randen te ontbramen. Ontbramen met een laser biedt diverse voordelen. De randen kunnen selectief worden versterkt. Daarnaast kan de vermoeiingssterkte van de onderdelen worden verhoogd en daalt de neiging tot scheurvorming. Het Fraunhofer Instituut voor Lasertechnologie ILT in Aken legt uit wat de voordelen zijn van laserontbramen.

In de auto-industrie heeft laser ontbramen de afgelopen tien jaar vaste voet gekregen in een aantal grootschalige productieprocessen. “Maar het potentieel van deze technologie is nog lang niet uitgeput.” Dat zegt Dr. Edgar Willenborg, expert voor laserpolijsten en laserontbramen bij het Fraunhofer ILT. Vooral het ontbramen van plaatstaal is ongecompliceerd. Het verbetert de kwaliteit van onderdelen en is dankzij verwerkingssnelheden tot twaalf meter per minuut ook snel en efficiënt.

Mechanische processen

In principe is ontbramen noodzakelijk om het risico op letsel te minimaliseren. Bovendien beschadigen scherpe bramen op gesneden en gestanste randen vaak kabels en krassen op oppervlakken. Tot nu toe werden meestal mechanische processen gebruikt om bramen te verwijderen.

Laserontbramen

Onderzoek door Fraunhofer ILT toont echter aan dat laserprocessen hier duidelijke voordelen hebben. Het proces zelf is ongecompliceerd. “De laserfocus moet de voorkant van de plaatrand raken en deze volledig bedekken”, legt Willenborg uit. Daar smelt de gefocuste lichtstraal kortstondig de metalen rand en de braam. De oppervlaktespanning zorgt er vervolgens voor dat het vloeibare metaal zichzelf gladstrijkt. Hierdoor ontstaat een afgeronde rand. “Alternatieve procesbesturing maakt het mogelijk om de rand niet alleen af te ronden, maar ook gericht te versterken,” zegt de expert. Om dit te bereiken heeft het instituut het vermogen van de laser verhoogd. Deze extra energie-input smelt meer materiaal, dat als een versterkende ronde naad rond de rand wordt geplaatst.

Diverse voordelen

De gladde, afgeronde randen voorkomen insnijdingen en schade aan kabels en oppervlakken. Maar het laserproces kan meer. Het laat defectvrije randen achter. “Dit resulteert in duidelijke voordelen in de vermoeiingssterkte en het mechanisch vervormingsgedrag van de plaatmetaalcomponenten.” Tests met hoogsterkte staal tonen aan dat de vermoeiingssterkte met 220 procent toeneemt als gevolg van het ontbramen met de laser. Tegelijkertijd nam de vervormingsgraad toe met 240 procent. Tot die tijd kan de randscheur worden vermeden. De expert legt de positieve effecten als volgt uit. Lasersmelten elimineert alle microdefecten in de randen die zijn veroorzaakt door mechanische bewerking. Dergelijke voorbeschadigingen, die onzichtbaar zijn met het blote oog, zijn vaak de plekken waar scheurvorming begint.

Laserontbramen is snel, schoon en goedkoop

Volgens Willenborg is een ander groot voordeel van laserontbramen ten opzichte van mechanische processen dat er geen slijpstof wordt geproduceerd. In plaats van het te verwijderen, smelt het proces slechts kortstondig het overtollige materiaal, waardoor het relatief eenvoudig is om laserontbramen te integreren in bestaande procesketens en productieomgevingen. Waar integratie mogelijk is, worden de voordelen snel duidelijk. “Ontbramen met een laser is vooral aan te raden voor onderdelen die zwaar belast worden”, benadrukt hij. Hij noemt chassisonderdelen als voorbeeld. De verhoogde vermoeiingssterkte in het randgebied stelt hun fabrikanten in staat om ze dunner en dus lichter te ontwerpen en uiteindelijk zuiniger.

Robots

Voor gevormde 3D-plaatwerkonderdelen kan de laser op robots worden gemonteerd. Een voordeel hierbij is dat fibergekoppelde diodelasers al worden gebruikt voor ontbramen. Volgens Willenborg zijn de standaardlasers in het nabij-infrarode golflengtebereik ook goedkoop en gemakkelijk verkrijgbaar.

Openingsfoto: Gedeeltelijk lasergeronde roestvrijstalen plaatranden met een plaatdikte van 1,5 mm. (foto: Fraunhofer ILT, Aken, Duitsland)

Lees ook: MetalFab 300 Flex biedt flexibel printoppervlak via licentiemodel