HDO v7
Helical Drilling Optics
Herausragende Merkmale des Laserwendelbohr-Systems (HDO)
- Einfache Integrierbarkeit in jegliche Laserbearbeitungsanlagen durch das modulare Design mit dem kompakten Prozesskopf
- Hochpräzises Einstellen von Bohrdurchmesser und Bohrungswinkel
- Hohe Aspektverhältnisse von bis zu 1:30 (Verhältnis Bohrungsdurchmesser zu Bohrungslänge) durch Multireflexe und Eigenrotation der Laserstrahlung
- Hochproduktiv durch extrem hohe Rotationsgeschwindigkeiten von bis zu 30.000 U/min (optisch)
- Doppelbeschichtung für 500-550 nm & 1000-1100 nm für ein schnelles Wechseln zwischen zwei Wellenlängen
Bohren in 0,5 mm dicken Edelstahl
Technologisches Prinzip
Konstant runde Bohrergebnisse werden erreicht
Das Laserwendelbohrsystem besteht aus einem Strahlrotator (Hohlwellenmotor) und optischen Komponenten zur Laserstrahlverschiebung und -verkippung. Der Laserstrahl wird um die optische Achse durch den Bildrotator rotiert, sodass die Laserstrahlung auf einer Helixbahn relativ zur Werkstückoberfläche geführt wird. Dabei ist der Bildrotator (Dove-Prisma) in einen hochpräzisen Hohlwellenmotor gelagert. Wenn die Laserstrahlung relativ zur optischen Achsen ausgelenkt bzw. verkippt wird, können Bohrungen mit unterschiedlichen Bohrungsdurchmessern und einstellbarer Konizität hergestellt werden. Durch die Verwendung einer intuitiven Software können die Zielparameter Durchmesser und Konizität präzise eingestellt werden.
Die Verwendung eines Dove-Prismas bringt ein konkurenzlosen Prozessvorteil in soweit, dass durch eine optische Eigenrotation der Laserstrahlung relativ zur Position auf der Wendelbahn eine qualitative Unabhängigkeit von dem Laserstrahlprofil erreicht wird und somit konstant ein rundes Bohrungsergebnis erreicht werden kann. Zudem ist die optische Rotationsgeschwindigkeit doppelt so hoch wie die mechanische Rotationsgeschwindigkeit der Hohlwelle, was zur Prozesseffizienz beiträgt.
Hauptfunktionalität
Helical Drilling Optics v7
Modulares Design
Weitreichende Integrationsmöglichkeiten mit diversen Laserstrahlquellen
Rotationsmodul
- Maße: (LxBxH) - 555x370x195 mm
- Gewicht: 30 kg
- maximale Rotationsgeschwindigkeit: 30.000 rpm
- Hohlwellenmotor mit Encoder zur diskreten Positionierung Geschwindigkeits- und Temperaturregelung, Wasserkühlung optional
- Fused silica Triplet-Linsensystem optische Elemente teilweise doppelbeschichtet (VIS+IR)
- erreichbare Wendeldurchmesser: 5-1000 µm
- erreichbare Konizitäten: max. ±15°
- Rotationsachse für Polarisator mit einer Genauigkeit von 0,75 arcmin
- motorisierte Spiegelumlenker für automatisierte Justageroutinen
Fokussiermodul
- Maße: (LxBxH) - 145x105x280 mm
- Gewicht: 4 kg
- koaxiale CMOS Kamera
- Echtzeitbeobachtung
- Festoptik, Brennweiten von 30, 60, 120, 150 mm, usw.
- höchste Stabilitätsansprüche und Reproduzierbarkeit
- nutzbare Wellenlängen: 355 nm, 532 nm und 1064 nm
Die Vorteile des Laserstrahl-Wendelbohrens
Basierend auf Ø 100 µm Bohrungen in 1 mm dickem Stahl, mit Fokus auf Qualität
Parameter
UKP-Wendelbohren
Langpuls-Bohren
Electrical Discharge Machining (EDM)
Bohrgeschw.
1 Sek. / Loch
0,3 Sek. / Loch
0,5 Sek. / Loch
Präzision
< 1 μm
- 5 μm
> 30 μm
Wärmeeinflusszone
zu vernachlässigen
5 μm
20 μm
Aspektverhältnis
50:1
10:1
10:1
Konizität
-14°~15°
3-15°
3-8°
Rauheit der Bohrwand
< 0,2 µm
2 µm
10 µm
Rundheit des Bohraustritts
> 0,95
~ 0.65
0,75
Technologischer Hintergrund
Die Qualitätsanforderungen an die Aperturgröße und Spaltbreite beim Präzisionsbohren und -schneiden sind aufgrund des Technologietrends der Miniaturisierung immens gestiegen.
In diesem Zusammenhang wurde die hochpräzise Wendelbohroptik (HDO) erfunden, die in Verbindung mit ultrakurzer Laserstrahlung die beste Bearbeitungstechnologie für metallische und nichtmetallische Werkstoffe bietet. Darüber hinaus bietet HDO die Flexibilität und Prozessstabilität definierter Bohrdurchmesser und Konizität für Mirkobohrungen und Schnittfuge.
Drei Wellenlängenbereiche: UV, Grün und IR
Seit der ersten Einführung auf dem Weltmarkt im Jahr 2008 hat die Wendelbohrtechnologie mehrere optische und systemtechnische Weiterentwicklungen erfahren, um sie für aktuelle und zukünftige höhere Bearbeitungsanforderungen geeignet zu machen.
Die heutige siebte Generation HDO v7 kann in drei verschiedenen Wellenlängenbereichen eingesetzt werden: UV, Grün und IR. Darüber hinaus verwendet der HDO v7 erfolgreich ein modulares Design, bei dem das rotierende Kernmodul und das Beobachtungsmodul für die Verarbeitung getrennt sind und die Schnittstelle standardisiert wurde, um eine vollständige Integration in verschiedene Verarbeitungssysteme zu ermöglichen.
Das HDO v7 entwickelt sich zu einem Schlüsselgerät für eine Vielzahl von Anwendungen für Mikrolöcher in hochwertigen Produkten wie Turbinenschaufeln und funktionalen Oberflächen.
Warum Wendelbohrtechnologie?
Antworten auf wichtige Fragen
Welche minimalen Bohrungsdurchmesser können bei unterschiedlichen Materialdicken mittels der HDO erreicht werden? Welches Aspekt-Ratio (Verhältnis zwischen Lochtiefe und Lochbreite) ergibt sich hieraus?
Durch die Wendelbohrtechnologie können Bohrungen mit einem Durchmesser von 10 µm in Materialdicken von 100 µm gefertigt werden. Das maximal erreichbare Aspektverhältnis ist abhängig von der Materialdicke.
Beispiele:
Materialdicke: 0,1 mm - Aspektverhältnis: 10:1
Materialdicke: 1 mm - Aspektverhältnis: 30:1
Materialdicke: 3 mm - Aspektverhältnis: 50:1
Welche Konizitäten können beim Laserstrahl-Wendelbohren erreicht werden?
Es können positive und negative Konizitäten mit maximalen Wandungswinkeln von +/-15° erreicht werden. Zudem sind in sämtlichen Materialien zylindrische Bohrungen mit hohen Aspektverhältnissen möglich.
Welche Materialien können mit der Laserstrahl-Wendelbohrtechnologie bearbeitet werden?
In Kombination mit einer ultrakurz gepulsten Laserstrahlquelle können materialunabhängig selbst sensitive Materialien bearbeitet werden.
Können mittels der Wendelbohroptik (HDO) rechtwinklige Löcher hergestellt werden?
Das Laserwendelstrahlbohren beschränkt sich auf die Herstellung von runden Bohrungen. Bei Hinzunahme eines präzisen planaren Achssystems können Konturschnitte ausgeführt werden und somit komplexe Strukturen wie Rechteckprofile oder Zahnradprofile mit einstellbarer Schnittwandung hergestellt werden.
Welche Laserstrahlquellen lassen sich mit der Wendelbohroptik kombinieren?
Für die bestmögliche Bohrqualität empfehlen wir die Verwendung einer ultrakurz gepulsten Laserstrahlquelle mit Pulsdauern von weniger als 15 ps. Bezogen auf die Wellenlänge können sowohl IR (1010-1070 nm) Laserstrahlquellen als auch VIS (510-540 nm) oder UV (340-360 nm) zum Einsatz kommen.
Wie wird die HDO in eine Fertigungsmaschine integriert?
Die HDO besteht aus dem Rotations- und dem Fokussiermodul. Das Rotationsmodul kann statisch fixiert horizontal in der Maschine platziert werden, während das Fokussiermodul (Gewicht ca. 4 kg) auf eine gebremste Z-Achse montiert werden kann, um so den Fokus für diverse Bauteile einzustellen.
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