23.03.2015

„Optische Schreibmaschine“ ermöglicht Laser-Kennzeichnung auf Glas

"Wir sind davon überzeugt, dass in nicht all zu langer Zeit Laserbearbeitungsmaschinen genauso in der Glasverarbeitung genutzt werden, wie heute CNC-Bearbeitungszentren" sagt Dr. Thomas Rainer von der boraident GmbH, einem Unternehmen mit Sitz in Halle an der Saale, das unter anderem Maschinen für die Lasermarkierung und -strukturierung von Glas produziert.

Lasermarkieren von Bauglas

Rainer ist einer von fünf Referenten, die im Rahmen des vom Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA e.V.) organisierten Industrie-Arbeitskreises Forschung und Technologie Glastechnik, neueste Anwendungsverfahren, Forschungs-ergebnisse und Maschinen rund um das Thema Laserbearbeitung und Beschichtungstechnologien für Flachglas vorstellten. Für den Physiker hat neben anderen Anwendungsbereichen insbesondere das Lasermarkieren von Bauglas Zukunft. Es ermöglicht sowohl eine Prozess- als auch Produktkennzeichnung mit individuellen Daten für die jeweilige Scheibe. Mit den bisher gebräuchlichen Verfahren ist das entweder gar nicht oder nur recht schwer und mit erheblichem Aufwand zu bewerkstelligen. Ein Laser-Kennzeichnungsverfahren, das keine Auswirkungen auf die Struktur und damit die Festigkeit des Glases hat, ist die "Optische Schreibmaschine“, wie Rainer sie nannte. Der gewünschte Abdruck wird mit einem Laser von einem "Schreibband" auf das Glas übertragen. Die Vorteile sind, dass es zu keinerlei Spannungen im Glas oder auf der Oberfläche kommt und die Verbindung sehr fest und damit dauerhaft ist. Das Prinzip lasse sich, wie Rainer sagte, sowohl auf der Fläche als auch an der Kante anwenden.

Heißprägen von Glas mit erheblich geringeren Taktzeiten

Das Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM hat ein lasergestütztes Verfahren zum Heißprägen von Glas entwickelt, mit dem es möglich ist, die Taktzeiten gegenüber herkömmlichen Techniken um das Zehn- bis Zwanzigfache zu verringern. Der Rohling wird mit einem CO2-Laser erhitzt, dann umgeformt, wieder entformt, abgekühlt und kann anschließend getempert oder vergütet werden. Bei dem Verfahren, so Tobias Rist vom Fraunhofer-Institut, spiele die Schrumpfung der Linsen im Press- und Feinkühlungsprozess eine erhebliche Rolle. Beim lasergestütztem Heißbiegen von Glas haben die Wissenschaftler unter anderem drei Verfahren unter die Lupe genommen. Im ersten Szenario wurde die Scheibe homogen auf 600 Grad erhitzt, im zweiten ein 120 mm bereiter Bereich im Scheitel zusätzlich um 50 auf 650 Grad erwärmt und im dritten, ebenfalls im Scheitel, ein 160 mm Streifen auf 650 Grad erhitzt. Die mit Abstand besten Ergebnisse brachte das letzte Szenario. Nach nur 200 Sekunden lag das Glas plan auf der Form. Bei den beiden anderen Varianten gab es, auch nach erheblich längerer Zeit, Spalten, unter anderem in und an den Ausläufen der Biegezonen.

Laserschneiden - Trennen ohne Fugen

Dr. Roland Mayerhofer von der Rofin-Baasel Lasertech GmbH & Co. KG stellte einen neuen Laserschneideprozess vor, mit dem es möglich ist, Glas und andere transparente oder spröde Materialien schnell und fugenlos gerade oder kurvig zu trennen. Gearbeitet wird mit einem sogenannten Filamentationsprozess. Dabei werden mit Ultrakurzpulslasern in schneller Folge Filamente in das Glas quasi hineingeschossen. Es entstehen hohle röhrenartige Gebilde mit einem Durchmesser von ein bei zwei Mikrometer und einer Länge von derzeit bis zu vier Millimetern, die das Glas, ohne dass es irgendwelche Rückstände gibt, trennen. Und das ohne jegliche Einflüsse auf die Biegebruchfestigkeit. Wie Mayerhofer mitteilte, sei es möglich, 50 Mikrometer bis zehn Millimeter dickes Glas mit dem Verfahren zu bearbeiten. Die Schnittgeschwindigkeit liege, je nach Material, zwischen 300 und 1000 Millimetern pro Sekunde. "Sehr gut", so Mayerhofer, funktioniere die neue Technik bei gehärtetem und "eingeschränkt" bei getempertem Glas. Eine "gewisse Herausforderung" sieht er, wenn nicht nur Außen-, sondern auch Innenkonturen geschnitten werden. Mayerhofer: "Die Schwierigkeit besteht darin, das Material, das dann mit Null-Spalt im Glas hängt, herauszubringen."

Nachholbedarf bei Datenermittlung und -verarbeitung

Was die Zukunft angeht, sieht Dr. Gerd Kleideiter die Maschinenhersteller gerade im Bereich Beschichtungstechnik vor "große Herausforderungen" gestellt. Kleideiter, der sich bei der Grenzebach Maschinenbau GmbH mit der Entwicklung von Schichtsystemen beziehungsweise Beschichtungswerkzeugen befasst, sieht gerade im Bereich der Datenermittlung und -verarbeitung noch erheblichen Nachholbedarf. "Was das Messen und die Datenverwaltung anbelangt, müssen wir deutlich mehr tun." Benötigt würden zuverlässige und langlebige Systeme. Die Ermittlung der optischen Eigenschaften des Glases vor, während und nach der Beschichtung sei "extrem wichtig", um die Ausbeute möglichst hoch zu halten, bei Zwischenfällen schnell reagieren und eine sorgfältige Endkontrolle durchführen zu können. Die derzeit vorhandenen Werkzeuge müssten weiter entwickelt werden. Das fange schon beim Antriebssystem an, gehe weiter über die Messtechnik im und vor dem Coater bis hin zur Glasreinigung und dem Stapeln. Außerdem sei es für die Produktivität extrem wichtig, Gläser zu haben, deren Beschichtung durch das anschließende Tempern nicht beschädigt werde. Erst schneiden, anschließend tempern und dann beschichten sei bei weitem nicht so effektiv.

Möglichst einfache Prozessführung

Für Ingo Wegener von der zur schweizerischen Bühler-Gruppe gehörenden Bühler Alzenau GmbH (vormals Leybold Opticcs), einem Hersteller von Vakuumbe-schichtungsanlagen, besteht die Herausforderung bei der Entwicklung eines Systems für LowE-Beschichtungen darin, eine "möglichst gute optische Performance" zu gewährleisten. Außerdem müsse der Prozess einfach zu handhaben sein, denn je komplizierter die Prozessführung, desto schneller, so Wegener, "habe ich auch Ausschuss". Bei der Entwicklung des eigenen Systems habe man versucht, die Gesamtbetriebskosten klein zu halten und eine relativ hohe Dichte der Schichtsysteme sowie eine möglichst große Widerstandsfähigkeit gegen Umwelteinflüsse zu erreichen. Als Blockermaterial werde Zinkoxid genutzt. Der Temperprozess habe, wie Wegener weiter erläuterte, sogar einen positiven Effekt. Der Schichtwiderstand in der Silberschicht werde verbessert, wodurch sich auch die Transmission erhöhe. Wegener: "Wir haben eine sehr hohe Transmission, einen geringen Schichtwiderstand und der U-Wert liegt ebenfalls niedrig.“

Quelle: VDMA Forum Glastechnik/vdma.org