Anwendung einer Metall-Laserschneidmaschine beim Schneiden von Aluminium

Der Vorteil des Laserschneidens besteht darin, dass Aluminiumfolie schnell und präzise in verschiedene Formen verarbeitet werden kann. Dieser technologische Vorsprung macht Laserschneidanlagen für viele Fluggesellschaften attraktiv, sobald sie kommerzialisiert sind. In den 1970er Jahren bewerteten große Hersteller die Laserschneidtechnologie und stellten fest, dass die Schädigung der Ermüdungseigenschaften von Teilen durch Mikrorisse, die bei der Laserbearbeitung entstehen, nicht zulässig war. Die potenzielle Gewichtszunahme schadet den Interessen der Fertigungsindustrie und führt dazu, dass die Laserschneidtechnologie von großen Flugzeugherstellern auf Eis gelegt wird.

Die Herstellung von Spinnerteilen und Getrieben erfolgt aus großen Metallbarren. Der Rumpf enthält auch einige Teile aus geschmiedeten Materialien, die meisten Rumpfteile bestehen jedoch aus Aluminiumplatten. Traditionell werden für die Verarbeitung Aluminiumlegierungen auf Zinkbasis der Serie 7000 verwendet, da die Legierung eine gute statische Festigkeit und Dauerfestigkeit aufweist. Obwohl sich die Aluminiumwerkstoffe der 7000er-Serie sehr gut für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt eignen, sind sie nicht beständig gegen hohe Temperaturen. Durch schnelles Erhitzen, wie z. B. beim Schweißen oder Laserschneiden, können Mikrorisse entstehen. Mikrorisse führen zu einer Abnahme der Dauerfestigkeit. Schweißen und Laserschneiden sind zwei Prozesse, die thermisch induzierte Mikrorisse erzeugen.

Qualitäts- und Verarbeitungskontrolle sind entscheidend. Jeder Prozess, der Unsicherheitsfaktoren in die Verarbeitung mit sich bringt, muss direkt kontrolliert oder eliminiert werden. In der Vergangenheit stellte das Laserschneiden große Herausforderungen an die Qualitätskontrolle und Konsistenz zwischen verschiedenen Produktionschargen.

Im aktuellen Laserschneidsystem wurden die Einschränkungen dieses Laserschneidens in Luftfahrtanwendungen verbessert. Zu diesen Einschränkungen gehören die Ermüdungsleistung und eine verringerte Konsistenz des Fertigungsprozesses. Das Lasersystem hat nun die Größe der Wärmeeinflusszone (HAZ) und der entsprechenden Mikrorisse erheblich reduziert. Beim Laserschneiden können Techniker bereits die Schnittparameter steuern und mithilfe einer Rechnersoftware präzise Wiederholungen durchführen. Diese technologischen Fortschritte lassen die Menschen darüber nachdenken, ob das Laserschneiden für die Herstellung von Rumpfstrukturen geeignet ist. Die Rumpfstruktur besteht hauptsächlich aus Aluminiummaterial der 7000er-Serie.

Ermüdungsbrüche treten normalerweise an Stellen auf, an denen die Belastung konzentriert ist, beispielsweise an den Kanten von Teilen, an Geometrieänderungen oder an Verbindungen. Es gibt viele verschiedene Möglichkeiten, die Rumpfteile aus Blech zu verbinden, und die meisten Ermüdungsrisse entstehen an den Verbindungsstellen. Wenn der Laser nicht zum Schneiden der kleinen Löcher in der Verbindung verwendet wird, wird der Laser hauptsächlich zum Kantenschneiden des Teils verwendet. Für andere Effekte kann anhand der gefährdetsten Verbindungsstelle verdeutlicht werden, dass im Vergleich zur Verbindung die durch das Laserschneiden entstandenen Mikrorisse nicht die Hauptschadensstelle darstellen. Auf diese Weise können wir den Schluss ziehen, dass die Laserschneidtechnologie die Ermüdungseigenschaften des Teils nicht weiter beeinträchtigt, wenn die Wahrscheinlichkeit besteht, dass ein Teil an der Verbindungsstelle bricht.

Der Laserschneidprozess kann einheitliche Teile schneller bearbeiten und ist effizienter als die herkömmliche Bearbeitung. Es wird erwartet, dass die Lasertechnologie die Bearbeitungszeit und die Produktionskosten reduziert. Bei der Bearbeitung von Aluminiumplatten der 7000er-Serie kamen die Vorteile des Lasers aufgrund der Verringerung des Ermüdungsverhaltens lange Zeit nicht zum Tragen. In jüngster Zeit haben Innovationen bei Lasersystemen es den Menschen ermöglicht, die Vorteile des Laserschneidens von Aluminium für die Luftfahrt neu zu bewerten. Vorversuche haben das Potenzial der Lasertechnologie in der Flugzeugzellenbearbeitung gezeigt. Zukünftige Flugzeugzellensysteme und bestehende Designs sollten aufgrund der bisherigen Erfahrungen den möglichen Einsatz von Lasern in diesem Flugzeugzellensystem nicht ausschließen. Wir sollten eine offene Haltung bewahren und verschiedene Situationen analysieren, um festzustellen, ob die Lasertechnologie Produktvorteile bringen kann