Pod označením LASYS se už více než jedno desetiletí profiluje Mezinárodní odborný veletrh pro laserové zpracování materiálu ve Stuttgartu. Díky svému důslednému zaměření na systémová řešení pro využití laseru v průmyslu se jeví jako vhodný praktický pomocník pro aplikátory nových laserových průmyslových technologií. Veletrh se koná s dvouletou periodicitou, vždy v sudých letech, v lichých se střídá s u nás už více známým, tematicky širším veletrhem laserové techniky LASER World of PHOTONICS v Mnichově. Ten byl založen již v roce 1973 a v současnosti je považován za nejvýznamnější veletrh v tomto oboru laserové techniky na světě. Porovnávat oba veletrhy podle statistických dat účasti vystavovatelů a návštěvníků nevyzní sice na první pohled pro LASYS nijak příznivě, ale tím, že jeho tematika zahrnuje asi jen pětinu tematiky mnichovského veletrhu, lze v tomto směru oba veletrhy považovat téměř za rovnocenné. Zatím posledního mnichovského veletrhu v roce 2017 se zúčastnilo 1 290 vystavovatelů z 55 zemí a navštívilo jej přes 32 tisíc návštěvníků, stuttgartský veletrh LASYS 2018, který se konal letos 5.–7. června, se těšil zájmu 189 vystavovatelů z 23 zemí a počet návštěvníků se blížil 6 tisícům. Přestože účast firem a návštěvníků z České republiky se zaměřuje spíše na tematicky širší a nám i polohou bližší mnichovský veletrh, doporučujeme uživatelům průmyslových laserů podívat se na nové technologie i do Stuttgartu, odkud z posledního ročníku veletrhu přinášíme několik ukázek. Metody 3D tisku I na tomto veletrhu se těšily největšímu zájmu varianty aditivních technologií s vžitým názvem 3D tisk. Ty se dnes stávají nejen moderním trendem výroby, ale v řadě případů slibují i významné ekonomické efekty. Jejich vývoj už natolik pokročil, že z jejich prvotního využití na přelomu století převážně jen pro technologie v oblasti výroby prototypů, jsou dnes při vývoji už i účelově zaměřených variant vhodné i pro výrobní aplikace od kusové až po sériovou výrobu. Jak při zpracování plastů, tak i kovových dílů, kdy laser je zdrojem energie. Ukázkou na veletrhu tak byly dnes už nejen téměř tradiční aditivní metody způsobem SLM (Selective Laser Melting), ale i řada odvozených speciálních variant, jako jsou např. aditivní technologie se slitinou Fe-aluminid, technologie s hořčíkem nebo i některé úsporné technologie, kde je snahou při mixu kovového prášku a plastu vyhnout se při konečném spékání náhradou za tavení užití laseru. Vedle technologie SLM s nanášením kovu po vrstvách v práškovém loži předvedla na veletrhu zajímavé způsoby výroby kovových dílů po vrstvách s nanášením kovového prášku nebo vrstev z drátového materiálu firma Laserline, výrobce diodových laserů. Hlavním nástrojem je tu pohyblivá „tisková“ hlava, která obsahuje přívod paprsku laseru a trysku s kovovým práškem nebo podáváním drátu. Hlava se pohybuje vždy ve stejné horizontální geometrii, ale vertikálně vždy výš o tloušťku nanášení další vrstvy, která se natavuje na vrstvu předchozí. Laserline integruje tuto aditivní technologii i do obráběcích strojů, většinou do frézovacího centra, kde obrábění celou operaci v potřebných tolerancích dokončuje. Navařov ání Svou fyzikální podstatou je předchozí aditivní metodě podobné i navařování, které se provádí ať už pro finální úpravu nového výrobku, nebo pro renovaci opotřebovaných dílů, nástrojů nebo forem, kdy lze volbou přídavného materiálu ve formě kovových prášků nebo přídavného drátu dosáhnout i lepších vlastností povrchových vrstev oproti základnímu materiálu. Tady se často v praxi objevuje jeden nešvar, kdy se jistí dostatečná tloušťka nové vrstvy návarem nad potřebný objem. Takovému neefektivnímu postupu s plýtváním materiálu chce zabránit přesnější kontrolou návaru projekt EU „TopCladd“. Úkolem se zabývá na mezinárodním fóru sedm organizací, vedením byl pověřen Fraunhoferův institut IPT. V první fázi úkolu se řeší způsob navařování drátem, který zadavatel úkolu považuje oproti navařování kovovým práškem za efektivnější, s úsporou zdrojů a energie. Pro ověření dosavadního postupu vývoje předvedl na veletrhu IPT demonstrátor s novou navařovací hlavou s integrovanou kontrolou procesu navařování optickým měřicím systémem na bázi koherentní interferometrie a s úpravou posunu drátu. Zájem, a to nejen na tomto veletrhu, byl i o nové technologie laserového spojování kovu a vláknového kompozitu laserem a adhezí. Fraunhoferovy instituty LBF a ILT tu předvedly řešení z projektu HyBriLight na dílu ze sériové výroby vozidla BMW 7. série, složeném ze střešního oblouku karosérie z vláknového kompozitu a dvou upevňovacích plechových dílů. U těch se na povrchu vytváří v místě budoucího spoje ultrakrátkým pulsním laserem mikro- a nanostruktura, na kterou se vrstva kompozitu natlačí. Doba provedení této nové jednoduché technologie je o 70 % kratší, poloviční jsou i materiálové náklady. Testy takového spoje prokázaly extrémně vysokou pevnost v tahu, téměř 50 MPa. Institut ILT mohl při vývoji této metody vycházet již i z praktických zkušeností z vývoje spojování obdobných materiálů, založeném na adhezi a vhodném tvaru dílu. Stejně tak se laserem s ultrakrátkými pulsy i tady vytvořila ablací hustá mikro- a nanostruktura tak, aby při následném ohřevu dílu došlo vedením tepla k natavení spojovaného plastu, který do mikrostruktur za přítlaku zatekl. Jaký význam se těmto technologiím přikládá, je patrné z jejich ohlasu už i na březnové pařížské JEC World Composite Show a posléze, ještě letos v červnu, získal uvedený námět dokonce ocenění Innovation Award na výstavě a sympoziu Future of Composites in Transportation 2018 v Chicagu. Excimerové lasery Veletrh ukázal i na nový vzestup excimerových laserů s UV zářením s vlnovou délkou 157 až 351 nm, spojený s rychlým růstem výroby displejů pro mobilní přístrojovou techniku. Krátká vlnová délka dává jednak možnost pro úpravu mikrostruktury i u větších ploch, ale zároveň dovoluje i přesnou modifikaci křemíku v procesu, obecně nazývaném Laser-Lift- -off (oddělení transparentní a absorpční vrstvy laserem, např. při výrobě LED vrstvy polovodiče GaN na safíru). Pro vývoj nových technologií spojených s excimerovým laserem spojil své síly výrobce těchto laserů Coherent s Fraunhoferovým institutem ILT. Za základ nabízí Coherent svůj systém LineBeam na vlnové délce 248 nm s výkonem 150 W a s linií laserového paprsku 155 mm při šířce 0,3 mm. Krátkodobé UV záření s energií více než 1 J na puls umožňuje jak odstranění materiálových vrstev s rozlišením mikrometrů, tak i rychlé selektivní zpracování vrstev v mikro- a nanometrickém rozsahu. Na excimerové lasery čekají ale i aplikace při zpracování rozměrných kompozitů, vyztužených uhlíkovými vlákny. Tady může být příkladem laserová úprava adhezních vrstev pro následné lepení nebo naopak efektivní postup při odstraňování nežádoucí pomocné vrstvy u kompozitních dílů, tzv. Release Schichten, což může zajímat odvětví užívající velkoplošných kompozitních dílů, jako je tomu zvláště v leteckém průmyslu nebo při stavbě lodí. Ve všech případech tu pozitivně působí nízká penetrační hloubka UV záření, která umožňuje vytváření funkcí povrchu při velmi nízkém příkonu tepla. Díky své krátké vlnové délce je v tomto směru UV záření výhodnější i než nabídka ultrakrátkých pulsních laserů. Volba materi álu Jak už jsme se v úvodu zmínili, má veletrh LASYS v názvu označení jako veletrh pro laserové zpracování materiálu. Jak je volba materiálu mnohdy složitá, ukazují příklady z výroby nástrojů pro kovárny, které mají být dostatečně tvrdé, ale zároveň pevné. Zatím v tomto případě výrobci nářadí volili nepříliš tvrdý základní materiál, na který se nanášela tvrdá vrstva, která se mohla při měkkém podkladu při rázech deformovat. Při novém postupu používají ve Fraunhoferově institutu IPT pro základ nástroje také méně tvrdý materiál, ale k legování jeho povrchové vrstvy dochází práškovou směsí při laserovém natavování vrstvy. Dosahuje se tak plynulého přechodu materiálových vlastností a zároveň vnesené práškové částice působí jako zábrana úběru povrchu. Protože opotřebení nástrojů se často vyskytuje jen na určitých místech, lze uváděnou úpravu povrchu omezit jen na tato exponovaná místa. Spoluprací IPT s firmou Alzmetall vzniklo i potřebné zařízení pro natavování laserem se současným nástřikem práškového kovu. K tomu vyvinutý program se stará o to, aby se paprsek laseru po povrchu vedl s konstantní rychlostí a stabilní byla i vzdálenost dráhy jeho pohybu. Výhledově se uvažuje s tím, že u základního materiálu by se mohly některé dražší kovové prvky, jako jsou chrom, molybden nebo vanad, částečně uspořit, a o to více by se prosazovaly v povrchové vrstvě. Za materiál platí i sklo. Veletrh nezapomněl ani na ně a z vývoje v Karlsruhe Institute of Technology předvedl obrábění křemičitého skla postupem tak snadným, jako je obrábění plastu. Dosavadní postupy tvarování skla při ohřevu na 800 °C nebo opracování z bloků laserem či leptáním slibuje tak nahradit nová technologie, jejímž základem je vytvoření nanokompozitu ze skleněných částic o objemu 40 nm v kombinaci s kapalným polymerem. Na pevnou fázi takovou směs pak podle volby polymeru přivádí zahřátí nebo vystavení světlu. 60 % takto vzniklého pevného nanokompozitu, nazvaného Glassomer, tvoří pevné nanočástice, zbytek je organické pojivo. Při takovém složení se dá kompozit obrábět prakticky všemi technologiemi, včetně opracování na CNC strojích. Při požadavku na výsledný tvar pouze z čistého skla se polymer dodatečně odstraní v peci při teplotě 500–600 °C a vzniklou pórovitost pak uzavře spékání při teplotě 1 300 °C.
