Laser kommen mittlerweile in fast allen Bereichen der Automobilproduktion zum Einsatz. Sie werden auf allen Ebenen der Lieferkette eingesetzt, von Tier-3-Komponenten- und Materiallieferanten bis hin zu den weltweit größten OEMs.
Laser leisten heute weit mehr als nur Schweißen. Über die strukturelle Montage hinaus unterstützen sie die Batterieherstellung, die Produktion von Leistungselektronik, die Oberflächenvorbereitung, die Rückverfolgbarkeit und eine Vielzahl von Anwendungen, die es vor einem Jahrzehnt noch gar nicht gab.
Dieser Artikel bietet einen allgemeinen Überblick darüber, wo Laser in der modernen Automobilfertigung zum Einsatz kommen. Außerdem werden die einzigartigen Eigenschaften der Laserbearbeitung hervorgehoben hervor – Faktoren, die dafür sorgen werden, dass Laser auch weiterhin eine führende Rolle spielen werden, während die Branche sich in Richtung höherer Präzision, größerer Automatisierung und des rasanten Wachstums der Elektromobilität bewegt.
Was ist das Besondere an Lasern?
Viele Branchen stehen heute unter dem gleichen grundlegenden Druck. Sie müssen Produkte mit höherer Präzision, besserer Qualität, kleineren Formfaktoren und geringerem Energieverbrauch liefern. Auf der Produktionsebene sehen sie sich zudem mit höheren Durchsatzanforderungen, strengeren Nachhaltigkeitsanforderungen und einem unerbittlichen Kostendruck konfrontiert.
Laser haben sich zu weit verbreiteten Fertigungswerkzeugen entwickelt, da sie all diese Ziele oft konsequenter unterstützen als alternative mechanische, thermische und chemische Verfahren. Dies trifft zu, weil:
Laser sind berührungslos: Da kein Werkzeugverschleiß oder Kraftaufwand auftritt, bleiben Laserprozesse über die Zeit hinweg konsistent.
Laser sind räumlich hochselektiv: Ein Laserstrahl kann auf Mikrometer fokussiert oder auf mehrere Quadratmeter erweitert werden, sodass Systeme und Bediener die Energie genau dort einsetzen können, wo sie benötigt wird.
Laser sind kohärent und hell: Eine hohe Leistungsdichte ermöglicht tiefes Eindringen beim Schweißen, schnelles Schneiden, saubere Schnitte und minimale Wärmeeinflusszonen.
Laser sind effizient: Laser wandeln Strom mit hoher Effizienz in optische Energie um und koppeln diese Energie dann mit geringem Verlust in Materialien ein, wodurch der Wärmeeintrag und die Nachbearbeitung reduziert werden.
Laser lassen sich leicht automatisieren: Nahezu jeder Laserausgabeparameter kann in Echtzeit ferngesteuert angepasst werden. Dies unterstützt komplexe Prozessrezepte und schnelle Umstellungen.
Laser können mit vielen Materialien arbeiten: Dieselbe Laserplattform kann oft Stahl, Aluminium, Kupfer, Nickellegierungen, beschichtete Stähle, Kunststoffe, Verbundwerkstoffe und Keramik bearbeiten.
Laser unterstützen eine fortschrittliche Überwachung und Regelung: Prozessrückmeldungen – von einfachen Leistungsmessungen bis hin zu Inline-Schweißtiefenmessungen – ermöglicht eine automatisierte Laserkontrolle und trägt so zu einer überragenden Einheitlichkeit von Gerät zu Gerät bei.
Lassen Sie uns nun einen kurzen Überblick über die Bereiche geben, in denen Laser den größten Einfluss auf die Automobilfertigung haben.
Rohkarosserie
In der Rohkarosseriefertigung wurden Laser erstmals in den 1970er Jahren in der Automobilproduktion eingesetzt, und seitdem hat sich ihre Bedeutung immer weiter vergrößert. Heute werden sie routinemäßig für Hochgeschwindigkeitsschweißen, Trimmen und die Herstellung von Tailored Blanks eingesetzt.
Laserschweißen ist vorteilhaft, da es charakteristischerweise schmale, tiefe Nähte mit minimaler Wärmeeinbringung erzeugt. Diese reduzieren Verformungen, verbessern die Passgenauigkeit und gewährleisten enge Maßtoleranzen in großen Baugruppen.
Eine geringe Wärmeeinbringung ist besonders wertvoll bei der Verarbeitung moderner Werkstoffe, darunter hochfeste und ultrahochfeste Stähle. Diese können sich bei herkömmlichen Schweißverfahren verziehen, reißen oder ihre einzigartigen mechanischen Eigenschaften verlieren. Eine geringe Wärmeeinbringung ist auch beim Verbinden unterschiedlicher Werkstoffe von Vorteil, deren unterschiedliche Wärmeausdehnung und Schmelzeigenschaften bei herkömmlichen Schweißverfahren zu Verformungen oder Rissen führen können.
Laser unterstützen auch kontinuierliche, unterbrechungsfreie Bewegungen durch Schweißen im laufenden Betrieb und robotergestützte Scanköpfe. Dadurch können Hersteller Stop-Start-Verzögerungen vermeiden und den Durchsatz steigern.
Da Laserprozesse sauber, konsistent und wiederholbar sind, reduzieren sie Nacharbeiten und den Aufwand für nachgelagerte Inspektionen. In Kombination mit einer Inline-Überwachung der Schweißtiefe und Nahtposition bieten Laser den OEMs eine hochwertige Fügeverfahren, das sich problemlos in moderne automatisierte Karosseriewerkstätten integrieren lässt.
Antriebsstrang- und Fahrwerkskomponenten
Laser spielen auch eine immer wichtigere Rolle bei der Herstellung von Antriebsstrang- und Fahrwerkskomponenten, wo Präzision und Wiederholgenauigkeit direkten Einfluss auf die Leistung, Haltbarkeit und Sicherheit von Fahrzeugen haben. Viele dieser Teile – Getriebegehäuse, Antriebsgehäuse, Kühlplatten, Halterungen und Aufhängungskomponenten – weisen komplexe Geometrien und unterschiedliche Materialstärken auf.
All diese Schweißanwendungen profitieren von der präzisen Temperaturregelung, die Laser bieten. Die präzise Steuerung der Wärmezufuhr trägt dazu bei, starke, gleichmäßige Verbindungen mit minimaler Verformung herzustellen, wodurch Hersteller die Ausrichtung und mechanische Integrität von Teilen gewährleisten können, die unter Dauerbelastung stehen.
Kürzlich entwickelte Dual-Beam-Faserlaserkonfigurationen erweitern diese Vorteile noch weiter, indem sie das spritzfreie Schweißen von Guss- und bearbeiteten Bauteilen ermöglichen – ein Anwendungsbereich, der bisher von CO₂-Lasern dominiert wurde. Dual-Beam-Laser bieten einen sauberen, stabilen Prozess, der besonders wichtig für Baugruppen ist, die Schmiermittel, Lager oder Präzisionsflächen enthalten, die frei von Verunreinigungen bleiben müssen.
Herstellung von Batterien für die Elektromobilität
Nirgendwo hat sich die Einführung von Lasern schneller beschleunigt – oder eine kritischere Rolle gespielt – als in der Herstellung von EV-Batterien. Batteriezellen, -module und -packs erfordern alle eine präzise, wiederholbare Verbindung von Kupfer-, Aluminium- und Nickelkomponenten. Alle diese Materialien sind bekanntermaßen mit herkömmlichen Verfahren schwer zu schweißen.
Laser bieten die erforderliche präzise Temperaturregelung, um mechanisch stabile elektrische Verbindungen mit geringem Widerstand herzustellen. Dabei werden benachbarte Trennfolien, Klebstoffe oder Isolierschichten nicht beschädigt. Sie ermöglichen busbar schnellebusbar , das Schweißen von Folien und das präzise Schneiden von Stromkollektoren mit minimalen Graten oder Abfällen.
Auch hier sind Dual-Beam- und Wobble-Beam-Faserlaserkonfigurationen unverzichtbar. Ihr Einsatz reduziert Spritzer und minimiert Porosität. Dies sorgt für eine gleichbleibende Verbindungsqualität über Tausende von Verbindungen pro Packung hinweg.
Innovationen im Bereich der optischen Inline-Überwachung verbessern die Prozessqualität zusätzlich, indem sie eine Echtzeit-Validierung der Schweißtiefe, Nahtposition und Konsistenz ermöglichen. All dies bietet EV-Herstellern einen skalierbaren, hochproduktiven Prozess für die Herstellung der Zellen, Module und Packstrukturen, die das Herzstück der modernen E-Mobilität bilden.
Elektrische Motoren
Die Laserbearbeitung ist bei der Herstellung von EV-Traktionsmotoren von großem Wert, insbesondere bei solchen, die auf Haarnadelwicklungen basieren. Ihre Kupferleiter müssen präzise abisoliert, geformt und geschweißt werden, um den elektrischen Widerstand zu minimieren und die engen mechanischen Toleranzen in der fertig montierten Wicklung einzuhalten.
Laser werden häufig zuerst eingesetzt, um die Isolierung aus Emaille sauber und präzise zu entfernen. Sie können das darunterliegende Kupfer ohne mechanischen Kontakt, Verformung oder thermische Beschädigung freilegen. Diese Ergebnisse sind mit abrasiven oder chemischen Abisolierverfahren nur schwer zu erzielen.
Um die endgültigen elektrischen Verbindungen herzustellen, erzeugt das Laserschweißen starke, spritzarme Verbindungen mit minimaler Wärmeeinbringung. Dadurch werden benachbarte Isolierungen, Laminierungen und Epoxid-Vergussmaterialien geschützt. Dual-Beam- – insbesondere Wobble-Beam-Implementierungen – verbessern die Spaltüberbrückung und Schweißkonsistenz zusätzlich und gewährleisten eine gleichmäßige Leistung über Tausende von Haarnadeln hinweg.
Innenausstattung und Verkleidung
Laser unterstützen eine Vielzahl von Innenausstattungs- und Verkleidungsarbeiten. Sie sind hier nützlich, weil sie Präzision und Geschwindigkeit vereinen und oft ein kosmetisch überlegenes Ergebnis liefern. Viele Kunststoff-, Stoff-, Verbund- und beschichtete Komponenten – insbesondere solche, die für den Verbraucher sichtbar sind – erfordern saubere Schnitte, enge Perforationen oder Lochmusteroder dekorative Merkmale.
Mechanische Werkzeuge haben Schwierigkeiten, solche Kanten ohne Rauheit oder Verformung zu erzeugen. Laser liefern glatte, wiederholbare Kanten mit minimaler thermischer Belastung. Dies verbessert das Aussehen und reduziert den Bedarf an nachgelagerter Nachbearbeitung zur Wiederherstellung des Aussehens. Durch ihre Fähigkeit, komplexe Konturen zu schneiden, eignen sie sich ideal für Instrumententafelöffnungen, Sensorfenster, Lautsprechergitter und ästhetische Perforationen.
Lasermarkierung, insbesondere die Tag-/Nacht-Markierung, wird im gesamten Innenraum von Fahrzeugen eingesetzt. Sie eignet sich ideal für hintergrundbeleuchtete Tasten, Schalter und Zierleisten, die attraktive, gut lesbare und manchmal komplexe Markierungen erfordern. Da sie ohne Werkzeuge auskommt und mit einer Vielzahl von Materialien kompatibel ist, ermöglicht die Lasermarkierung schnelle Optionsänderungen und Variantenwechsel ohne Umrüstung.
Rückverfolgbarkeit und Konformitätskennzeichnung
Die vorteilhaften Eigenschaften der Lasermarkierung haben zu einer weit verbreiteten Nutzung in Anwendungen zur Rückverfolgbarkeit in der Automobilindustrie geführt. Der wichtigste Vorteil ist dabei die Kontakt- und Werkzeugverschleißfreiheit, wodurch das Risiko einer Beschädigung empfindlicher Oberflächen ausgeschlossen ist. Da Laser sowohl extrem kleine als auch große Markierungen erzeugen können, eignen sie sich für alle Anwendungen, von der Mikroserialisierung bis hin zu großen, kontrastreichen Kennzeichnungen.
Die Möglichkeit, die Lasermarkierung über eine Software zu steuern, ermöglicht die Serialisierung oder Änderungen des Markierungsinhalts im laufenden Betrieb, ohne dass eine Umrüstung erforderlich ist. Und da Laser auf Metallen, Kunststoffen, Beschichtungen und Verbundwerkstoffen funktionieren, kann eine einzige Plattform viele der in einem Fahrzeug verwendeten Materialien markieren.
Zu den wichtigsten Markierungsanwendungen zählen Bremskomponenten, Airbagmodule und strukturelle Befestigungselemente. Diese erfordern dauerhafte, permanente Kennzeichnungen, die während der gesamten Lebensdauer des Fahrzeugs Hitze, Flüssigkeiten und Vibrationen standhalten. Elektronik und Gehäuse, einschließlich Steuergeräte, Sensoren und Leistungsmodule, benötigen Markierungen, die interne Komponenten nicht beschädigen oder Dichtungen beeinträchtigen. Und entlang der gesamten Lieferkette unterstützen Serialisierung und Data-Matrix-Codierung die Teileverfolgung, Variantensteuerung und die Einhaltung von Branchen- und behördlichen Anforderungen.
Oberflächenreinigung
Laser werden zunehmend für die Oberflächenvorbereitung eingesetzt, wenn eine genaue Kontrolle der Materialabtragstiefe und die Erhaltung der darunterliegenden Strukturen wichtig sind. Die Laserreinigung erreicht dies, indem sie Rost, Oxide, Klebstoffe und Farbe ohne mechanischen Kontakt oder abrasive Medien entfernt. Der Prozess legt eine saubere, gleichmäßige Oberfläche frei und vermeidet gleichzeitig Verformungen, Beschädigungen des Untergrunds oder uneinheitliche Ergebnisse, die beim Strahlen oder Schleifen auftreten können.
Durch die geringe Wärmeeinbringung bleiben die Eigenschaften des umgebenden Materials erhalten, was bei der Vorbereitung von Teilen für das Schweißen oder Kleben wichtig ist. Laser können sogar Oberflächen in kontrollierten Mustern strukturieren, um die Haftfestigkeit zu verbessern oder die Benetzbarkeit zu fördern. Da der Prozess programmierbar ist, können Hersteller diese Behandlungen ohne Maskierung oder Befestigung auf bestimmte Bereiche anwenden.
Pulverbeschichtung aushärten
Der Einsatz von Lasersysteme AushärtungLasersysteme Pulverbeschichtungen beginnt sich gerade erst durchzusetzen. Das liegt daran, dass die Laseraushärtung gegenüber herkömmlichen Konvektions- oder IR-Lampenöfen mehrere Vorteile bietet.
Da Laser eine lokale Erwärmung bewirken, erreichen nur die beschichteten Bereiche die Schmelz- und Fließtemperaturen. Schmalbandiges Infrarot-Laserlicht wird von Pulverpartikeln stark absorbiert, was die Aushärtungseffizienz verbessert und die Erwärmung des darunterliegenden Teils minimiert. Die elektrische Umwandlungseffizienz von Diodenlasern ist außerdem wesentlich höher als die anderer Infrarotquellen, was bedeutet, dass ein größerer Teil der Eingangsleistung direkt in die Aushärtung fließt, anstatt als überschüssige Wärme verloren zu gehen.
Zusammen machen diese Eigenschaften die Laserhärtung deutlich schneller und energieeffizienter als andere Verfahren. Darüber hinaus eignet sich die Laser-Pulverbeschichtungshärtung für die Inline-Prozesssteuerung, um äußerst konsistente Ergebnisse zu erzielen.
Erste Schritte mit einer Laserlösung
Die Laserbearbeitung bietet zwar zahlreiche Vorteile, doch die besten und kostengünstigsten Ergebnisse für eine bestimmte Anwendung lassen sich am ehesten durch die Zusammenarbeit mit einem erfahrenen Anbieter von Laserlösungen erzielen.
Entwickeln oder optimieren Sie einen Fertigungsprozess für die Automobilindustrie? Automobilprojekte beginnen oft in unseren Anwendungslabors, wo wir bei der Entwicklung, Validierung und Optimierung von Prozessen helfen, bevor diese in der Produktion implementiert und skaliert werden. Angesichts der steigenden Anforderungen in der Automobilindustrie bleibt IPG ein engagierter Partner für zuverlässige, hochproduktive Laserlösungen.
