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Anwendungsfall · 3D Top-Hat
Neue Strahlformen für das Laserschweißen.
Kupfer gehört zu den Metallen, die sich am schwersten zuverlässig schweißen lassen. In einer unabhängigen Studie hat das Bayerische Laserzentrum (BLZ) ein elliptisches Flat-Top von Midel an einem grünen Scheibenlaser mit 3 kW eingesetzt. Was eine passend ausgelegte Strahlform bewirkt, ist deutlich zu sehen: ein stabilisiertes Schmelzbad, ein ruhigerer Prozess und drastisch weniger Spritzer.
In Partnerschaft mit
Herausforderung
- Die hohe Wärmeleitfähigkeit und die niedrige Schmelzviskosität von Kupfer machen das Schmelzbad instabil
- Auch mit grüner Strahlung (515 nm) bleiben Spritzer der Defekt, der das Prozessfenster begrenzt
- Verbindungen im Elektrofahrzeug müssen mechanisch und in der Stromtragfähigkeit halten, bei möglichst wenigen Nahtunregelmäßigkeiten
Ergebnis
- Das elliptische Flat-Top stabilisiert das Keyhole und beruhigt das Schmelzbad
- Bis zu 93 % weniger Spritzer je 5 mm Naht (3 kW, hoher Vorschub)
- Bis zu 60 % weniger Spritzer und Schmelzeauswürfe bei gleicher Einschweißtiefe — und 41 % kleinere Partikel
- Erweiterter Bereich des Wärmeleitungsschweißens und eine vorteilhafte Nahtform
Nicht mehr Leistung, sondern neue Strahlformen öffnen bei anspruchsvollen Werkstoffen wie Kupfer ein größeres und ruhigeres Prozessfenster.
Aufbau & Bedingungen:
Scheibenlaser Trumpf TruDisk 3022 (515 nm, bis 3 kW cw) an einem Roboter Kuka KR30; Cu-ETP Kupfer, Vorschub 2–20 m/min, Stickstoff als Schutzgas. Den elliptischen Strahl formt ein vollreflektives DOE von Midel Photonics (gemessene Reflexionseffizienz > 99 %), verglichen mit einem Referenzaufbau mit Top-Hat, in einer unabhängigen Studie des Bayerischen Laserzentrums (BLZ) und der FAU Erlangen-Nürnberg.
Vollständige Studie: Kaufmann, Roth & Schmidt, “Tailored laser beam shapes for welding of copper using green laser radiation,” Int. J. Adv. Manuf. Technol. 136, 3843–3862 (2025) — doi.org/10.1007/s00170-024-13180-z.
Vollständige Studie: Kaufmann, Roth & Schmidt, “Tailored laser beam shapes for welding of copper using green laser radiation,” Int. J. Adv. Manuf. Technol. 136, 3843–3862 (2025) — doi.org/10.1007/s00170-024-13180-z.
Aufbau — ein grüner Hochleistungsstrahl, über den Beam Shaper auf die Kupfernaht geführt
Ergebnis — mit Beam Shaper (Δm = 1,9 mg) gegen ohne (Δm = 39,6 mg): Schweißraupe (oben) und Prozess (unten)
Ergebnis — mit Beam Shaper (Δm = 1,9 mg) gegen ohne (Δm = 39,6 mg): Schweißraupe (oben) und Prozess (unten)
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