Pulse on Demand

Pulse On Demand bezeichnet ein spezielles Verfahren der Bearbeitung von Werkstücken mittels Ultrakurzpuls-Laser, die so gesteuert werden, dass auch bei gleichbleibend hoher Bearbeitungsgeschwindigkeit eine gleichmäßige Verteilung der Laserpulse auf der abzufahrenden Bahn erzielt wird. Hierzu bedient man sich der CNC-Daten für die Bearbeitung.

Materialbearbeitung mit UKP-Lasern ohne Pulse On Demand

Ultrakurzpuls-Laser (UKP-Laser) sind in der Materialbearbeitung mittlerweile eine etablierte Größe. Sie kommen zum Schneiden, Strukturieren, Bohren und für andere Bearbeitungsmethoden zum Einsatz. Da der Laser dabei jeweils nur ein paar Piko- oder Femtosekunden lang auf die jeweilige Stelle einwirkt, kommt es nicht zu einem signifikanten Hitzeeintrag ins Werkstück. Voraussetzung dafür ist jedoch, dass die Pulsfrequenz an die Geschwindigkeit angepasst wird, die der Laser relativ zum Werkstück hat.

Das Problem beim Lasern ohne Puls On Demand

Problematisch wird dieses Verfahren dann, wenn die Geschwindigkeit verlangsamt werden muss. Das ist regelmäßig dann der Fall, wenn eine anspruchsvolle Geometrie bearbeitet werden soll. Wird nun die Bewegung verlangsamt, die Pulsfrequenz jedoch unverändert belassen, verdichten sich die Pulse in dem betroffenen Bereich. Anders ausgedrückt: Die Energieeinwirkung auf diesem Bereich ist höher als im Rest des Werkstücks. Dadurch können sich jedoch die Eigenschaften des Materials verändern.

Abschaltung des Lasers statt Pulse On Demand

Ein simples, kurzzeitiges Abschalten des Lasers kann das Problem des lokal erhöhten Energieeintrags lösen, schafft jedoch gleichzeitig ein neues. Das kurzfristige Ausschalten kann zu unerwünschten Veränderungen der Pulseigenschaften führen. Betrachtet man also den Bearbeitungsprozess in seiner Gesamtheit, so ist festzustellen, dass sich dieser durch simple Abschaltungen nicht verbessert. Es erfolgt lediglich eine Verlagerung der Problematik.

Standardlösung: Anpassung der Geschwindigkeit nach unten

Das bisherige Standardverfahren, um dieser Problematik zu begegnen, ist die Anpassung der Gesamtgeschwindigkeit an das niedrigste Einzelmaß. Anders ausgedrückt: Über die gesamte Bearbeitungszeit bewegt sich der Laser mit der Geschwindigkeit, die an der anspruchsvollsten Stelle maximal möglich ist. Dadurch lassen sich gleichmäßige Abstände zwischen den einzelnen Laserpulsen und eine regelmäßige Pulsfrequenz kombinieren. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt jedoch auf der Hand: Es kann immer nur mit der langsamsten Geschwindigkeit gearbeitet werden.

Verzicht auf Pulse On Demand bedeutet Zeitverlust

In absoluten Zahlen ausgedrückt scheint diese Reduktion der Geschwindigkeit keinen allzu großen Einfluss zu haben, handelt es sich doch in der Regel nur um ein paar Sekunden pro Werkstück. Relativ gesehen handelt es sich bei diesen „wenigen“ Sekunden jedoch häufig um eine Verlängerung der Produktionszeit von mehr als 100 Prozent. In derselben Zeit könnten also doppelt so viele Werkstücke bearbeitet werden, wenn sich die geschilderten Probleme lösen ließen, ohne die Arbeitsgeschwindigkeit nach unten anzupassen.

Goldstandard: Pulse On Demand für Ultrakurzpuls-Laser

Derartige Überlegungen gaben den Anstoß zur Entwicklung des Puls On Demand-Verfahrens. Bei diesem Verfahren werden die Informationen aus den CNC-Daten genutzt, um die optimale Geschwindigkeit für jede Stelle der zu bearbeitenden Geometrie zu berechnen. Basierend auf dieser Berechnung wird anschließend ermittelt, welche Frequenz jeweils nötig ist, um auf allen Bahnen einen gleichbleibenden Abstand zwischen den einzelnen Pulsen zu erhalten. Der Laser wird dann dementsprechend in Echtzeit reguliert.

Welche Laser eignen sich für das Pulse On Demand-Verfahren?

Für das Pulse On Demand-Verfahren eignen sich nicht alle Laserquellen gleichermaßen, denn wie erwähnt kommt es bei den meisten Lasern zu einer Veränderung der Pulseigenschaften, wenn die Pulsfrequenz währen der Anwendung moduliert wird. Daher kommen in diesem Bereich nur spezialisierte UKP-Laser zum Einsatz. Diese Systeme sind noch nicht so lange im Einsatz wie herkömmliche UKP-Laser (oder gar Laser, die im Nanosekunden-Bereich arbeiten), sondern wurden erst in den vergangenen 10 Jahren zur Marktreife gebracht.

Es handelt sich hierbei um sogenannte Time-Bandwith-Laser. Als Time-Bandwith-Product bzw. Zeit-Bandbreite-Produkt bezeichnet man das Produkt aus der Dauer und der Bandbreite eines Pulses. Je kleiner dieses Produkt, desto kürzer der Puls. Für das Pulse On Demand-Verfahren kommen, wie bei Femtosekunden-Lasern allgemein üblich, vor allem Laser zum Einsatz, deren Pulslänge sich dem bandwith-limited pulse annähert. Dies ist der kürzest mögliche Puls der jeweiligen Bandbreite.

Kurz zusammengefasst: Pulse On Demand

Beim Pulse On Demand-Verfahren wird die Pulsfrequenz an die Geschwindigkeit angepasst, mit der sich der Laser relativ zum Werkstück bewegt. Dadurch kommt es, im Vergleich zur Anpassung auf die geringstmögliche Geschwindigkeit, zu einer signifikanten Zeitersparnis bei gleichbleibend guter Materialschonung. Möglich wird dieses Verfahren durch moderne Time-Bandwith-Laser.