Laserstrahlschneiden ermöglicht schnellere Bearbeitungszeiten und ersetzt herkömmliche mechanische Schneid-, Stanz- und Fräsverfahren. Herkömmliche Verfahren schneiden schlecht, wenn Toleranzen ±0,1 mm betragen, und erfordern zudem eine Nachbearbeitung, während Faser- und CO2-Laser mühelos Toleranzen im Mikronbereich erreichen können, mit minimalen wärmebeeinflussten Zonen. Dadurch entfallen sekundäre Oberflächenbehandlungsprozesse, wodurch sich die Produktionszeiten für Automobilanwendungen um bis zu 40 Prozent verkürzen.
Da die Laserbearbeitung ein berührungsfreies Verfahren ist, kann das Material leicht bearbeitet werden, ohne dass kostspielige Werkzeugwechsel erforderlich sind. Lasersysteme können mittlerweile Titan-Flugzeugbauteile bearbeiten und Mikroelektronik gravieren, ohne mechanische Spannmittel einzusetzen, wodurch 30 % des Materials eingespart werden. Industrielle Lasersysteme können mehr als 500.000 US-Dollar kosten, doch aufgrund von Energieeinsparungen und reduziertem Ausschuss für Hersteller ergibt sich eine Amortisationszeit von durchschnittlich 18 Monaten.
Die moderne Elektronikfertigung stützt sich auf drei zentrale Lasertechnologien – CO2-, Faser- und Festkörperlaser –, von denen jede unterschiedliche Produktionsherausforderungen adressiert.
Die Bearbeitung von Nichtmetallen erfolgt typischerweise mit CO2-Lasern, deren Wellenlänge von 10,6 μm gut mit organischen Materialien interagiert. Mit diesen Systemen lassen sich polymerbasierte Leiterplatten-Substrate kennzeichnen und Acryl-Gehäuse für Geräte mit Geschwindigkeiten von bis zu 2 m/s schneiden. Zudem verfügen wir über industrielle Daten, die zeigen, dass CO2-Technologie im Verpackungsbereich für Consumer Electronics einen Marktanteil von 38 % hat. Dank ihrer Verträglichkeit mit Kunststoffen und Keramiken sind sie besonders gut geeignet für Anwendungen wie Steckverbinder, Isolatoren und RFID-Antennen.
Faserlaser sind hervorragend geeignet für die Bearbeitung leitfähiger Materialien wie Kupfer und Aluminium. Ihre Wellenlänge von 1,06 μm ermöglicht eine Schneidgenauigkeit von 20 μm bei um 30 % geringerem Energieverbrauch im Vergleich zu CO2-Lasern. Hersteller verwenden Systeme mit 500 W–1 kW, um Komponenten für EMV/RF-Schirmungen herzustellen, und erzielen dabei saubere, burr-freie Kanten an 0,5 mm starken Edelstahlblechen.
Festkörperlaser ermöglichen das mikrongenaue Schweißen von Batterieanschlüssen und Sensorkomponenten, ohne wärmeempfindliche Bauteile zu beschädigen. Pulsed Nd:YAG-Systeme erzeugen 0,1 mm breite Schweißnähte auf Kupfer-Nickel-Legierungen, wie sie in Mikro-USB-Anschlüssen verwendet werden, und gewährleisten eine Leitfähigkeit der Verbindungen von über 90 % IACS.
Faserlaser erreichen Beschriftungsgeschwindigkeiten von über 10 m/s, bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer Genauigkeit von ±5 μm, was für Hochdichteverbindungsdesigns entscheidend ist. Lasermarkierte Leiterbahnen reduzieren das Kurzschlussrisiko um 37 % im Vergleich zu chemischen Ätzverfahren. Automatisierte, visuell gesteuerte Systeme korrigieren in Echtzeit Ausrichtungsfehler, insbesondere bei flexiblen Leiterplatten-Substraten.
UV-Lasersysteme (Wellenlänge 355 nm) ermöglichen das Beschreiben von Strukturen mit weniger als 50 μm, was für micro-BGA-Gehäuse unerlässlich ist. Dieser kalte Ablationsprozess verhindert thermische Schäden an benachbarten Kupferschichten.
Bei der Konstruktion von Multilayer-Leiterplatten kommen gepulste Faserlaser zum präzisen Entfernen von Dielektrika zum Einsatz, um verborgene Vias freizulegen, ohne die angrenzenden 18 μm dicken Kupferschichten zu beeinträchtigen.
Grüne Laser lösen Probleme bei reflektierenden Metallen wie Kupfer und Gold, indem sie mit einer Wellenlänge von 532 nm arbeiten, bei der Kupfer 40 % mehr Energie absorbiert.
Reflektierende Metalle stellen zwei Hauptprobleme dar:
Moderne Systeme lösen diese Probleme durch gepulsten Betrieb und Stickstoffgasunterstützung und reduzieren die Schnittfugenbreiten um 58 % im Vergleich zum CO2-Laserschneiden.
Ein Hersteller, der auf grüne Laser umgestiegen ist, erzielte folgende Ergebnisse:
| Metrische | Verbesserung |
|---|---|
| Kantenrauheit | 0,8 – 0,2 μm |
| Produktionsdurchsatz | +22% |
| Ausschussrate | -40% |
KI optimiert Laserparameter, indem sie über 300 Datensätze pro Sekunde analysiert und dadurch die Fehlerquote um 35 % reduziert. Maschinelles Lernen passt den Strahlfokus in Echtzeit an und erreicht 99,7 % Konsistenz bei Mikroschweißoperationen.
Vernetzte Lasersysteme sagen Fehler 72 Stunden im Voraus voraus und verlängern die Lebensdauer von Laserröhren um 200–300 Betriebsstunden.
Ultrakurzzeitlaser ermöglichen die Bearbeitung unterhalb von 500 Nanometern und reduzieren die thermische Schädigung um 60–80 % im Vergleich zu konventionellen Methoden.
Systeme der nächsten Generation integrieren Schneiden, Schweißen und Oberflächenbehandlung und reduzieren die Zykluszeiten um bis zu 40 %, bei gleichzeitiger Beibehaltung von Mikrometergenauigkeit.
Lasertechnologie bietet schnellere Bearbeitungszeiten und höhere Präzision, wodurch der Bedarf an nachgeschalteten Veredlungsprozessen reduziert wird. Zudem ermöglicht sie Energieeinsparungen und Materialeffizienz.
CO2-, Faser- und Festkörperlaser werden häufig verwendet, wobei jeder für unterschiedliche Materialien und Anwendungen geeignet ist.
Lasertechnologie ermöglicht die präzise Beschriftung und Ablation von Leiterplattenkomponenten, verbessert die Produktionsgeschwindigkeit und reduziert Fehler.
Grüne Laser arbeiten bei Wellenlängen, bei denen reflektierende Metalle wie Kupfer mehr Energie absorbieren, wodurch Energieverluste und thermische Ausbreitung reduziert werden.
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