プログラマブルレーザビームで30%を超えるエネルギー節約

December, 21, 2022, Aachen--レーザ材料加工に新品質が存在する。液晶変調器で、レーザのビームプロファイルは、高い時間分解能で自由にプログラムできるだけでなく、同一の複製に分けることもできる。この品質をインラインプロセスモニタリングおよびインテリジェント制御と組み合わせると、無欠陥製造が現実になる。EUプロジェクトMETAMORPHAで、パートナーは、細部にわたりシステムを開発する。モジュールは、主要な産業パートナーとともに3つのアプリケーションでテストされる。目標は、従来のプロセスと比較して少なくとも30%の省エネ達成である。

技術：高速、正確、柔軟性
USPレーザについては多く語られている。ピコ秒あるいはフェムト秒範囲のパルスで、USPは最も硬い材料でもアブレートできる、しかもマイクロメートル精度でそれができる。数100 W出力のUSPレーザが利用できるようになっているので、研究や開発は、「パワーの出し方」を焦点にしている。

Fraunhofer ILTは、この問題に長年取り組んできた。様々なUSPレーザに加えてILTのチームは、レーザ材料加工でビーム成形に最新のハイパフォーマンス液晶変調器を適用する。これらの変調器は、150Wまでのレーザパワーに耐えられる。EUプロジェクト“METAMORPHA – Made-to-measure micromachining with laser beams tailored in amplitude and phase”(振幅と位相で調整するレーザビームによるマイクロマシニング計測)では,その2つがオプティクスモジュールに接続されている。このモジュールは、ビームプロファイルを個別に、またはマルチビームとして成形でき、さまざまな装置、例えば3-軸マシーン､5-軸マシーン、旋盤あるいはロール-トゥー-ロール法に適合している。

マシンラーニングで欠陥ゼロ製造
液晶変調器の主要な利点は、1秒に60回以上ビーム形状を変えられること。これにより加工プロセスを最適化でき、クローズドループでプロセスを変えることさえできる。このために、プロセスは連続的にモニタされ、インテリジェント制御システムで調整される。プロセスパラメタと戦略は､マシンラーニングを使って最適化される。狙いは、欠陥が全くない部品の製造。対応する学習段階の後、プロセスはシミュレートされ、最適プロセスパラメタの事前定義もできる。

プロジェクトの主目的は、生産におけるエネルギーとリソースの大幅削減。この点は、特に3つの産業パートナーCeratizit, thyssenkrupp およびPhilipsの関心事である。それら全てが、計画されたレーザベース製造アプローチが持続可能、経済的な製造に向けて大きく進歩するプロセスである。

thyssenkruppでは、レーザは､エンボス型を構造化するためでる。これらは現在、放電加工で加工されており、これは年に10GWh以上を消費する。レーザでは、90%の節約となる見込。磨耗面の正確な再構成にレーザを利用することで、エンボスロールの寿命は、10倍増となる。Ceratizitは、超硬ポンチ、エンボシングダイ製造にレーザベースプロセスを利用する計画である。また、古くなったツール再調整にも利用する。フォトニックプロセスチェーンは、これがより速く、経済的に行われるようにする。また、Philipsは、汎用レーザ加工ヘッドを使うことでコンシューマ分野向けの製品製造を大幅に簡素化したい考えである。
(詳細は、https://www.ilt.fraunhofer.de)