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LASER
KLM-E1 – Startup präsentiert neuartiges
Laser-BAZ
Maschine mit Ultrakurzpulslaser bearbeitet harte Materialien –
hochpräzise, energiearm und ohne Wärmeeintrag
Der Femtosekundenlaser sendet Lichtpulse aus, deren Dauer im Femtosekunden-Bereich (1fs = 10-15sec.) liegt. Seine Leistung beträgt 20W. Beim Laser-Abtragen
wird kaum Wärme in das Werkstück eingebracht und es kann nahezu jedes Material bearbeitet werden.
Ob gesinterte Wendeschneidplatten, – Ingenieur, Miteigentümer und ehe- Verschleißfreiheit, Energieeffizienz
Münzen oder Kleinstteile für Uhren – maliger Chef von Kern Microtechnik. und Bedienbarkeit nahezu unschlag-
die Bearbeitung erfordert stets höchste Zwei Jahre später bündelte er sein bar.
Präzision und langfristige Detailtreue. Maschinenbauwissen mit dem Know-
Eine Herausforderung, die das neu ent- how der holländischen Laserspezialis- Entscheidend dafür sind laut
wickelte Laser-BAZ „E1“ des Startup- ten von „Lightmotif B.V.“ und gründe- Alschweig mehrere Schlüsselkompo-
Unternehmens KLM auch in härtes- te die KLM Microlaser GmbH, um die nenten, die in der KLM-E1 verheiratet
ten Materialien erfüllt, wie Einsätze Idee umzusetzen. wurden: „Wir nutzen die Grundkon-
bei diversen Testkunden beweisen. struktion samt Achsen und Antriebe
So wurde etwa die Herstellungszeit Seit Anfang 2020 gibt es nun die KLM- der etablierten Fräsmaschine Kern-
Fotos: KLM Microlaser
gesinterter Inserts von acht Stunden E1, eine Hightech-Lasermaschine, die Evo, verwenden eine fs-Laserquelle,
auf zwei Stunden reduziert. Extrem insbesondere für die Form- und Werk- eine spiegelbasierte Laser-Strahl-
einfach zu bedienen ist die Maschine zeug-, Uhren- und Münzindustrie in- führung von Lightmotif und haben
auch und seit Februar 2020 verfügbar. teressant ist. Denn bei der Bearbeitung eine Software entwickelt, mit der die
Im Jahr 2017 war die „E1“ noch primär von Kleinteilen zeigt sie sich in punk- Bedienung extrem einfach ist.“ Um
eine Idee von Ekkehard Alschweig to Produktivität, Langzeitpräzision, insbesondere im Hinblick auf die Fer-
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tigungsgenauigkeit in neue Dimensio- schöpft diese Möglichkeiten insbeson-
nen vorzudringen, hat das junge Un- dere durch zwei Features voll aus.
ternehmen zudem zwei einzigartige
Features entwickelt: den „ASPM“
(Automatic Spot + Power Measure-
ment) und das „Adaptive Machining“. AUTOMATISCHE KALIBRIERUNG
GLEICHT ÄUSSERE EINFLÜSSE
AUS
HOCHWERTIGER MASCHINEN- „ASPM“ steht für „Automatic Spot +
BAU UND FEMTOSEKUNDEN- Power Measurement“. Dabei handelt
LASER es sich um ein System, das die Ma-
schine langzeitstabil macht. Ekkehard
Ein Mineralgussständer in Monoblock- Alschweig erklärt: „Jede Maschine
Bauweise und ein X-Y-Kreuztisch, der – auch unsere – unterliegt gewissen
bei Kern gefertigt wird, bilden die so- thermischen und anderen Einflüssen,
lide Basis der KLM-E1. Sie sorgen für die sich zwar nicht unmittelbar, aber
höchste Präzision im Sub-µm-Bereich, schleichend auswirken – also über
die zum Positionieren und Einmessen eine gewisse Zeit von typischerweise
der Fertigungsteile wichtig ist. einigen Stunden. In Konsequenz wer-
den Werkstücke dann ungenauer pro-
Den Materialabtrag übernimmt ein duziert. Um keine Missverständnisse
Laser – genauer ein Femtosekundenla- aufkommen zu lassen. Wir sprechen
ser, kurz fs-Laser. Er sendet Lichtpulse hier von minimalen Einflüssen und
aus, deren Dauer im Femtosekunden- Ungenauigkeiten, aber auch die gilt
Bereich (1fs = 10-15sec.) liegt. Er wird es zu verhindern.“ fs-Lasermaschinen
unter anderem bereits bei Augenope- haben primär zwei Problemstellen,
rationen (z.B. beim Grauen Star) ein- die sich negativ auf die Langzeitpräzi-
gesetzt. Allein daraus lassen sich die sion auswirken.
Präzision und Genauigkeit erahnen,
die eine solche Laserquelle ermöglicht. Erstens kann sich der Nullpunkt des
Für die Laserstrahlführung setzen die Laserspots aus seiner ursprünglich ka-
Ingenieure von KLM auf eine Spiegel- librierten X-Y-Position im µ-Bereich
konstruktion. Max Groenendijk, Ge- verschieben. Grund dafür: Die Licht-
schäftsführer von Lightmotif, erklärt: leitspiegel zur Steuerung des Laser-
„Lichtleitfasern eignen sich nicht für strahls sind mechanisch am Maschi-
die Führung von fs-Lasern. Deshalb nengestell befestigt. Wenn Wärme auf
leiten wir den Laserstrahl über Spie- das Gestell einwirkt, verschiebt sich
gel, die am Maschinengestell befes- der Spot. In Folge muss er wieder neu
tigt sind, von der Laserquelle bis zum eingemessen werden.
Scanner.“
Zweitens kann die am Werkstück an-
Die Leistung der verwendeten Laser- kommende Laserleistung variieren. So
quelle liegt bei 20W. Damit lassen sich schwankt die Ausgangsleistung eines
mit der KLM-E1 verschiedenste Ma- Lasers immer ein wenig, und es kön-
terialien bearbeiten. Beim Abtragen nen längerfristig auch Verunreinigun-
der Schichten dringt in das Werkstück gen auf Spiegeln und Linsen kleine
kaum Wärme ein, die eine Verände- Verluste verursachen. Heißt: Nach ei-
rung des Werkstoffgefüges hervorru- ner gewissen Zeit kommt nicht mehr
fen könnte. die ursprünglich berechnete Laserleis-
tung an. Der Materialabtrag verändert
Die Abtragstiefe der E1 ist wie bei al- sich.
len fs-Laseranlagen gering und liegt
meist zwischen 0,3µm und 2µm pro Die KLM-E1 hat für diese beiden
Schicht. Im Umkehrschluss lässt sich potenziellen Ungenauigkeitsher-
dadurch eine enorm hohe Präzisi- de mit dem ASPM eine Lösung pa-
on und Detailtreue erreichen. KLM rat, die einfach und effizient wirkt.
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LASER
Ein Testkunde hat die Herstellungszeit gesinterter Inserts (li.) von
acht Stunden (mit klassischem Erodieren und Fräsen) auf zwei
Stunden (mit der KLM-E1) reduziert. Ein weiteres typisches Produkt
für die E1: ein unpolierter Stempel (u.)
Das Feature lässt sich automatisiert schen Tiefe von 0,5mm resultiert da- diese natürlich auch nicht umsetzen.
oder auf Knopfdruck starten und ka- raus ein zu erwartender Fehler um Entsprechend empfehlen wir den An-
libriert dann innerhalb von lediglich die +/- 25µm. Mit „Adaptive Machi- wendern, die CAD-Programme ihrer
zwei Minuten die gesamte Anlage ning“ ist die Tiefengenauigkeit un- Kunden stets durchgängig zu prü-
neu. Alschweig dazu: „Es bietet sich abhängig von der Bearbeitungstiefe fen.“ Passen die 3D-Modelle, wird
an, die Kalibrierung bei jedem Pro- und man erreicht Genauigkeiten das abzutragende Volumen im CAD
duktionsstart oder einfach einmal täg- besser als +/- 10µm. „Wir erzielten generiert – das dauert nur wenige
lich durchzuführen.“ bei vielen Tests sogar Werte von un- Minuten – dann muss die Maschine
ter +/- 5µm“, ergänzt Alschweig. lediglich eingerichtet werden und we-
nige Bedienerschritte später kann die
automatisierte Produktion beginnen.
TIEFENGENAUIGKEITEN Dieser Vorgang muss nur einmal je
VON < +/- 5µm CAD-DATEN EINFACH ÜBERNEH- CAD-Modell durchgeführt werden. Im
MEN UND PROGRAMM STARTEN Vergleich zur Erstellung eines NC-Pro-
Als weiteres Highlight ist die E1 mit grammes beim Fräsen, ist der Vorgang
dem „Adaptive Machining“ ausgestat- Ganz im Sinne einer schnellstmög- simpel und sehr schnell.
tet. Hintergrund dafür: Der fs-Laser lichen Umsetzung von Kundenwün-
trägt Material in kleinsten Schichten schen, hat KLM die Steuerung und
von durchschnittlich 1µm ab. Nach Bedienersoftware der E1 entwickelt.
einer im Einzelfall zu definierenden Beides hat nichts mit traditionellen TESTKUNDE PRODUZIERT VIER-
Abtragsanzahl misst Adaptive Machi- CNC zu tun und ist insbesondere im MAL SCHNELLER ALS BISHER
ning die bearbeitete Tiefe optisch aus Hinblick auf Benutzerfreundlichkeit
und gleicht die ermittelten Ist-Werte kaum zu schlagen. Denn der komplet- Mehrere Testkunden zeigen sich be-
mit den Soll-Werten ab. Anschließend te CAD/CAM-Prozess läuft vollauto- reits sehr zufrieden mit dem Ergebnis.
passt die Maschine die Laserparame- matisch. Heißt: Die Daten des CAD- So hat etwa ein Hersteller von Wende-
ter entsprechend an. Programms lassen sich direkt in die schneidplatten die traditionelle Pro-
Maschinensteuerung übernehmen. duktion von Press-Stempeln für Hart-
Ohne „Adaptive Machining“ ist die metall-Sinter-Grünlinge durch zwei
Tiefengenauigkeit abhängig von der „Einzig, das CAD-Modell muss exakt Bearbeitungsvorgänge (Erodieren und
totalen Bearbeitungsstiefe und liegt passen“, bekräftigt Alschweig: „Wenn Fräsen) auf die Komplettbearbeitung
meist zwischen +/- 3% und 5% der einzelne Punkte im Modell nicht ver- mit der neuen KLM-E1 umgestellt.
Bearbeitungstiefe. Bei einer typi- bunden sind, kann unsere Maschine Das Ergebnis ist eindeutig: Wurden
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Die neu entwickelte „E1“ des Startups KLM ist eine Hightech-Lasermaschine, die bei der Bearbeitung von Kleinteilen ihre Stärken ausspielt. Insbesondere Unter-
nehmen der Form- und Werkzeug-, Uhren- und Münzindustrie können damit ihre Produktivität deutlich steigern.
die Presswerkzeuge früher innerhalb der Kern Evo, die den speziellen Be- sen sich mit der KLM-E1 Kleinstteile
von durchschnittlich acht Stunden dürfnissen der neuen Technologie für die Uhren- und Schmuckindustrie
produziert, so sind jetzt nur noch zwei angepasst wurde. Kern Microtechnik herstellen.
Stunden dafür notwendig. übernimmt hierbei den Maschinenbau
und Service der gesamten Anlage. Die
komplette Software für den Betrieb INFO
und die Bearbeitungsstrategie ist eine KLM Microlaser GmbH
KLM MICROLASER GMBH Eigenentwicklung der KLM Microla-
ser GmbH, zu der inzwischen auch die
Ekkehard Alschweig
Die KLM Microlaser GmbH, Eschenlo- Lightmotif B.V. gehört. Olympiastraße 2
he, wurde im Jahr 2019 von Ekkehard 82438 Eschenlohe
Alschweig gegründet. Das Unterneh- Als Hightech-Werkzeug kommt ein Ul- Tel. +49 (0)8824 9101-200
men entwickelt und produziert eine trakurzpuls fs-Laser zum Einsatz, der
neue Generation von dreiachsigen sich perfekt eignet, um hochpräzise
alschweig@kern-microtechnik.com
Laser-Bearbeitungszentren, die als E1 und detailgenaue Formen in kleinfor- www.klm-microlaser.com
bezeichnet werden. Als Maschinen- matige Stempel und Presswerkzeuge www.lightmotif.nl
basis dient der konstruktive Aufbau einzubringen. Ebenso produktiv las-
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