naar top
Menu
Logo Print
20/02/2018 - ING. JAN WIJERS

TUSSEN MACHINE EN WERKSTUK ALTIJD PRECIEZE OPSPANINTERFACE VEREIST

Lightmotif innovatief aan de slag met microbewerking op functionele vlakken

LightMotifDe kracht van licht uit een gefocusseerde laser is pas vrij recent - en dan nog slechts in beperkte mate - bekend, laat staan universeel geschikt voor industriële toepassingen. Voor lassen, snijden, graveren en markeren wordt het dynamisch scannend, thermisch beschrijven van oppervlakken wel al breed toegepast. Met een ultrakort gepulste laser verloopt de bewerking echter zo 'koud' dat daarbij de basiseigenschappen niet veranderen. Deze 'maskerloze' innovatie vergt hard- en softwarematig een geavanceerde, nauwkeurige machine met tot vijf assen, precieze spangereedschappen en ver doorontwikkelde, specifieke lasertechnologie.

DE NATUUR TERUG IN DE TECHNIEK

Tegenwoordig kijken technologen vol interesse naar de natuur voor wat design, theorie, bouwelementen en uitgekiende topologie aangaat. Daarbij denkt men snel aan uit de natuur afgeleide, vloeiend gestileerde AM-vormen. Die fabriceert men intussen met selectief sinteren (SLS), smelten (SLM) of opbrengen (LMD) van kunststof, metaal en keramiek, door het laagsgewijs opbrengen van materiaal in lichtgewicht en toch oersterke uitvoeringen van allerlei technische modellen, prototypes, bruikbare technische delen en zelfs gebruiksartikelen.

LightMotifUltrashort pulse laser

Binnen de micro- en precisietechnologie speurt men driftig naar methoden om oppervlakken zo te behandelen - inclusief finishen - dat deze in een en dezelfde bewerkingscyclus tot voor kort ondenkbare mechanische, optische of andere eigenschappen krijgen. Een van de meest in de belangstelling staande sectoren is die van lasers, nu zich elkaar snel verdringende varianten - CO2, Nd;YAG, fiber, diode - als makkelijk te manipuleren energiebron aanbieden. Met een Ultra Short Pulsed lichtbron voegt zich in de praktijk een nieuw proces tussen de conventionele chemische, thermische en mechanische oppervlaktebehandelingen, bedekkingen en transformaties als lakken, etsen, galvanoprocessen en coaten.

MET USP-LASER KOUD TEXTUREREN

Moderne laserbronnen en een geavanceerde digitale sturing maken het mogelijk om een krachtige, gepulste belichting in extreem korte tijd te laten verlopen. En wel zodanig dat de middels de geconcentreerde lichtbundel ingebrachte hitte zich niet verder dan tot op nanometerdikte binnen het rooster van het uitgangsmateriaal verspreidt. Daardoor ontstaan geen warmtebeïnvloede zones (HAZ), smeltterugslag of braamvorming. Traditionele lasertechniek schiet hierbij tekort in zowel technische als economische zin.

In het geval van de Enschedese firma Lightmotif gaat het om ultrakorte pulsen in het femto- en picosecondenbereik (fs: 10-15 s, ps: 10-12 s). Met een hogere productiviteit dan met µs- en ns-pulsen vindt met USP een dusdanig 'koele' bewerking plaats. De originele mechanische eigenschappen blijven hierdoor behouden, ook al wordt het metaal aan het oppervlak zo hoog verhit dat het meteen verdampt. Van vrijwel alle in de industrie bekende materialen kan met een dynamische scanner contourend, laag na laag nauwkeurig worden verwijderd of omgezet. Dit effect is al bijna tien jaar bekend, maar door de complexiteit van de ermee gepaard gaande fysische verschijnselen en de benodigde specifieke machinetechnologie is het nog maar weinig omgezet in praktisch bruikbare werkelijkheid.

LASERSTRUCTUREREN GEEN NICHE MEER

LightMotifTijdig innoveren heeft zich hier bewezen als een strategisch belangrijke stimulans binnen een moderne, hoogproductieve en duurzame bedrijfsvoering. Daaronder valt het op gedefinieerde wijze, in een doorlopende cyclus nauwkeurig repeterend, lokaal wegnemen of omsmelten van een dunne laag materiaal met laserablatie, omdat zo verschillende precisiebewerkingen kunnen worden uitgevoerd. Zo ontstaat een standaardoplossing voor microfrezen, boren of om enkel de uiterlijke kenmerken microscopisch te modificeren.

Veranderde karakteristieken

Daarmee komen waardevolle, wereldwijd gezochte karakteristieken binnen bereik, zoals hydrofoob gedrag (het afstoten van waterdruppels). Dat blijkt te realiseren door stimulering van druppelvorming, door het minimaliseren van het inherente contact met een vlak (≤ 20 µm). Een waardevol bijverschijnsel is het simultane, zelfreinigende of vuilafstotende effect dat optreedt als er ook water in het spel is. Door het aanbrengen van een specifieke textuur kan men ook de wrijving verlagen, tijdens tribologische interactie van constructie-elementen onderling of met de omgeving. Die worden onderhoudsarmer, wat resulteert in een verlengde levensduur van al die machines die de moderne maatschappij draaiend houden. Tevens laten zich stralingseigenschappen positief en negatief beïnvloeden.

VERTAALSLAG NODIG

Lightmotif is in 2008 als spin-off van de Universiteit Twente opgericht en telt inmiddels vier medewerkers. Als onafhankelijke systeemontwerper en -integrator heeft het jarenlang specifieke vakkennis ontwikkeld om de technologie van snel laserstructureren in productie uit te voeren, voor willekeurige applicaties. R&D vindt nog steeds plaats naar een adaptief laserablatieproces, in het kader van het EU-ADALAM project. Samen met Demcon en Focal wordt een speciale inlinemeetsensor ontwikkeld voor het 'zero-defect' functioneren. Mede door de combinatie van de gevoelige Lumentum PicoBlade USP-laser(kop), een dynamisch Scanlab scansysteem, een optische lichtweg, focusseeroptieken en het ultraprecieze proces is het ontwerpen en bouwen van de modulaire OP2- en OP3-machines zeker niet het simpelweg selecteren en assembleren van de meest geschikte subsystemen en componenten.

MACHINEBOUW VAN TOPKLASSE

De geavanceerde serie Lightmotif machines is specifiek ontworpen voor het contactloos en makkelijk op te schalen microfrezen en textureren van kleine en grotere, vlakke en gekromde vlakken, voor zowel productie als onderzoek. Dit steeds in directe afstemming met de klant, om zo op optimale wijze alle hightech elementen te integreren en het beste eindresultaat te garanderen, wat geometrie, oppervlaktegesteldheid en ruwheid betreft. Een sterk pluspunt is dat het systeem perfect past in de huidige Smart Factory-transitie voor de toekomst. Een laser levert een van de allerlichtste 'verspaningsgereedschappen' in de industrie met een ongekend vrije toegankelijkheid door de lange, slanke lichtbundel en een gereedschap zonder slijtage. Een toegevoegde waarde wordt verkregen met speciaal op de fijnste geometrische details gefinetunede flexibele software voor de precisiemanipulator en de correcte aansturing van de digitaal gestuurde galvoscanner, waarmee in 'step & scan'-mode grote en 3D-oppervlakken nauwkeurig bewerkt worden. Verschillende sensoren nemen door automatische kalibraties werk uit handen van de operator, waarmee de nauwkeurigheid stijgt. Veiligheid vormt een cruciaal aspect, vandaar dat de werkruimte volledig is afgeschermd met een omkapping. Tegelijk dient die om de effectiviteit van de meelopende afzuiging te realiseren.

NAUWKEURIGE MECHANISCHE INTERFACE

LightMotifZoals bij vele ultraprecieze machineconfiguraties zijn frame, bed en tafel hier vervaardigd uit glad afgewerkt, hard graniet, mede door de hoogste stijfheid (E-modulus), hardheid, drukvastheid, lage uitzetting en warmtegeleiding. Er is gekeken naar slimme oplossingen met een hoge repeteernauwkeurigheid en een lage krachtinbreng voor het eenduidig opspannen, uitrichten, be-/ontladen of wisselen van de werkstukken.

Die basisspanelementen bepalen voor een groot deel de economisch haalbare mogelijkheden en productiviteit. Tussen het optische hart - de uit de scanner tredende, geconditioneerde lichtbundel - en de mechanische wereld - product, assenstelsel (drie tot vijfassig), aandrijf- en positioneersysteem - is er immers een nauwkeurige interface nodig. In de werkplaats of fabriek waarvan een Lightmotif OP2 (600x600x400 mm: x/y/z-as; tafelbelasting: 300 kg) of OP3 (Ø250xZ:200 mm; 10 kg) deel uitmaakt van de integrale bewerkingsketen, worden daarvoor standaardhouders, -pallets en -nulpuntspansysteem van onder meer Systeem 3R gebruikt, met in principe de mogelijkheid om een automatische wisselaar in te schakelen middels een managementsysteem. Op die manier zijn werkstukken op een vaste positie en stand op te nemen, te fixeren en te wisselen.

Lightmotif verzorgt in eigen beheer afname, installatie, uitrichten en trainen plus praktische inwijding in specifieke, geavanceerde applicatie(s) op locatie.