Dokončení z č. 14 Ke spojování vláknových kompozitů a kovových dílů přidává zajímavý adhezní postup Fraunhoferův institut ILT. Na povrchu kovového dílu vytvoří laser s ultrakrátkými pulzy ablací hustou mikro- a nanostrukturu. Při následném ohřevu tohoto kovového dílu dochází pak vedením tepla až k natavení spojovaného plastu, který zatéká do mikrostruktur. Účinkem silné adheze v mikro- a nanostruktuře tu pak vzniká spoj o pevnosti v tahu okolo 25 MPa. Postup je rozpracován v rámci projektu HyBriLight. Z LZH pocházejí i zajímavé postupy technologie řezání laserem pod vodou. Na veletrhu představil spolu s Institutem materiálů Leibnizovy univerzity automatizovaný postup řezání stěn štětovnic pod vodou za užití diskového laseru. Dosavadní postupy s hořákem jsou pomalé, na jednoho potápěče připadá na den přibližně 20 m řezu, což dává rychlost 0,07 m/min. V novém projektu nazvaném LuWaPo za užití laseru plní potápěč jen kontrolní funkci, proces probíhá rychlostí 0,9 m/min. a s poziční přesností ±2 mm. Přejděme od vody ke sklu, které je svou strukturou a stupněm absorpce laserového paprsku pro zpracování laserem zcela odlišným materiálem, než jak je tomu u kovových materiálů nebo plastů. Na veletrhu představil zcela novou technologii tvarování plochého skla jen působením jeho viskozity za vyšší teploty a gravitace Fraunhoferův institut IWM. Plochý skleněný díl, který se má tvarovat, je v peci předehřát na teplotu těsně pod tou, kdy se sklo dostává do tekutého stavu. Ještě za pobytu dílu v peci se po jeho povrchu podle předem naprogramované dráhy pohybuje paprsek laseru, který ohřevem v místě svého působení přivádí sklo z pevné do viskózní fáze. Působením gravitace ohřáté části klesají, a to až do stavu, který odpovídá požadavku programu. Přitom se může laser na už jednou ozářená místa i vícekrát vracet nebo během ozařování měnit svůj výkon. Po ukončení procesu se nechá díl chladnout. To je i časově nejdelší částí operace, a proto pro uvolnění pece pro další procesy může chladnutí probíhat už i vně pece. Paprsek laseru, v IWM používají CO2 laser, se po plochém sklu pohybuje pomocí skenovací zrcadlové sestavy, což dává záruku nejen přesnosti pohybů, ale i jejich rychlosti. Výhodou tu je způsob tvarování skla bez jakéhokoliv tlaku, přičemž přetvárná plocha nenese žádné stopy po tvarování. Na zařízení, které zároveň s touto metodou v IWM vyvinuli, trvá celý proces od předehřevu až po ochlazení okolo půl hodiny, z toho samotné působení laseru je jen v minutách. Způsob je vhodný zvláště pro kusovou výrobu nebo výrobu prototypu. Pro svařování nebo řezání reflexních materiálů, jako jsou měď, hliník nebo zlato, které vykazují i vynikající elektrickou vodivost a v současné době jsou tak v zájmu oboru elektromobility a výkonné elektroniky, doporučuje vhodný postup Fraunhoferův institut IWS. Protože u těchto materiálů dochází jen k malé absorpci záření IR, zvolil IWS efektivnější způsob s 1kW laserem s vyzařováním v zelené části spektra na vlnové délce 515 nm. Při tavném laserovém řezání se postup ověřoval např. u měděného plechu tloušťky 1 mm, kde se zároveň oproti jiným způsobům řezání dosáhlo hran bez otřepů a oxidů. Při řezání mosazi, legovaných ocelí a slitin hliníku do tloušťky plechu 4 mm se při užití 1kW zeleného laseru dosáhlo o 10 % vyšších řezných rychlostí oproti řezání s laserem na vlnové délce 1 μm. Zelený laser zvolil pro základ při kombinovaném svařování mědi a jejích slitin i LZH. Pro kvalitní provedení svaru s lepším provařením a pro překrytí svaru je ale doplnil i o infračervený paprsek s vlnovou délkou 1 μm. Přitom se současně užívá i jevu nárůstu absorpce paprsku mědí při zvýšené teplotě. Zelená složka, která lépe absorbuje, ohřívá měděný povrch od středu k okraji svařovaného bodu. Tím stoupá teplota mědi a s tím i absorpce paprsku při obou vlnových délkách. Při kombinovaném svařování se oproti pouhému IR svařování dosahuje při dobré reprodukovatelnosti kvality svarů i rovnoměrnosti průměru jednotlivých svarových bodů. Pro svařování tvarově složitých nebo obtížně přístupných dílů vyvinulo novou trysku s podáváním kovového prášku v proudu ochranného plynu Německé centrum pro letectví a kosmonautiku DLR, pro automobilky ji aplikuje Edelstahl-Mechanik GmbH. Vybavení trysky je jednodušší a rozměrově menší oproti svařovacím systémům s přídavným drátem. Pracuje se tu se 4kW Nd:YAG laserem v kombinaci s šestiosým kloubovým robotem s dvěma externími osami. V geometricky nově uspořádané trysce je přísun prášku koaxiálně obklopen ochranným plynem, který zároveň působí na jeho fokusaci a chrání i místo svaru před oxidací. K nejpopulárnějším laserovým technologiím patří dnes metody označované jako Selective Laser Melting, kterými se zpracovává už řada kovových prášků, včetně legované oceli, hliníku nebo titanových slitin, a řada firem, které pro tuto techniku laserové systémy připravují, má i svou vlastní materiálovou databázi. Do popředí zájmu této metody se nyní dostává hořčík a jeho slitiny, a to nejen proto, že tento materiál má přibližně o 30 % nižší hmotnost než hliník, ale že dává při uplatnění ve zdravotnictví i šanci pro stavbu vstřebatelných implantátů. Nakonec o tom přesvědčují už i některé předchozí konstrukce ještě masivních hořčíkových provedení. Ve Fraunhoferově institutu ILT nyní vyvinuli postup stavby hořčíkových implantátů při speciální atmosféře ochranného plynu v pracovní komoře i pro metodu SLM, která nabízí i optimální strukturu pórovitosti. Ta se ukazuje jako podstatná pro vzájemnou biokompatibilitu s prorůstáním tkání do povrchu implantátu a navíc dává možnost umístit do materiálové struktury i protizánětlivé medikamenty. Pro příklad užití metody SLM v průmyslu stojí za to podívat se na vývoj lopatek pro plynové turbíny, na kterém se podílel mezinárodní tým pod patronací Siemens AG. Lopatky se doposud vyráběly litím nebo kováním. Nyní za pouhých osmnáct měsíců se podařilo vyvinout kompletní postup laserové aditivní výroby skládáním jednotlivých vrstev práškového kovu na bázi polykrystalického niklu, od návrhu jednotlivých složek materiálu po nové metody řízení kvality. Lopatky jsou instalovány u turbíny typu SGT-400 s výkonem 13 MW, kde musí odolávat zvláště extrémním podmínkám, pokud jde o vysoký tlak a teplotu. Po zavedení postupu a ověřovacích testech lopatek při otáčkách přes 13 tisíc za minutu a za teploty přes 1250 °C je možné nyní návrh každé nové varianty turbíny realizovat už za pouhé dva měsíce oproti dřívějším dvěma letům. Pro svařování obtížně svařitelných materiálů představil Fraunhoferův institut IWS modulární koncepci svařovací hlavy pro vysokofrekvenční oscilační svařování remoweld FLEX v kombinaci s integrovaným procesem monitorování. Je to např. i první systém, který umožňuje i kvalitní svary u hliníkových tlakových odlitků při současném limitu energie, vylučujícím deformaci dílu. Srdcem systému je vysokofrekvenční skener s frekvencí do 4 kHz při max. výkonu 4 kW, doplňovaný kamerovým systémem pro sledování dráhy svaru a jeho kvalitu. Veškerá provozní data, včetně chlazení nebo o ochranném plynu, je možné ukládat a při zavedení programu „Průmysl 4.0“ i přenášet na nadřazený systém. A na závěr výběru novinek využití myšlenky štěrbinového spojení, nazývané Steg-Schlitz-Prinzip, původně využívané pro spoj lehkých konstrukcí z kovových plechů. Ve Fraunhoferově institutu IWS ji rozšířili i na spoj kovového dílu a vláknově zesíleného termoplastu. Termoplast na našem obrázku plní funkci stojiny, kovový plech plní funkci štěrbiny. Ke spojení dílů dochází laserovým ohřevem přečnívající části termoplastu nad povrchem štěrbiny. Používá se vláknový laser s možností jemného nastavení teploty ohřevu. /jš/
