Werkzeug 4.0: Der Laser - smarter Alleskönner

Lasermaterialbearbeitung hat Bits in den Genen. Denn Ingenieure konnten das körperlose Werkzeug Licht von Anfang an nur numerisch steuern und sammeln seit 50 Jahren Erfahrungen damit. In den heutigen Umwälzungen hin zur datengetriebenen Produktion ist dies ein riesiger Vorteil: Mit dem Laser steht ein voll ausgereiftes Industriewerkzeug zur Verfügung, das alle Anforderungen schon erfüllt. Es ist schnell, flexibel und direkt. Laserlicht kann abtragen, auftragen, bohren, trennen, fügen, metallurgische Veränderungen herbeiführen, intrinsische Spannung ins Glas bringen, Oberflächen aufrauen, glätten oder reinigen. Es gibt auf der Welt kein Material, das der Laserstrahl nicht bearbeiten könnte: alle Metalle, Glas, Kunststoff und organische Stoffe. Smarte Fabriken sind im Kommen, der Laser ist schon da.

Die Trends zu mehr Produktvarianten, Sondereditionen, flexiblen Kleinaufträgen und Personalisierungen hat fast alle Branchen erfasst. Bei mechanischen Werkzeugen schnellen daher die Kosten nach oben, Umrüstzeiten sind absurd lang – oft sogar länger als der eigentliche Produktionsprozess. Laser hingegen brauchen weder Werkzeuge noch Umrüstzeiten. Schon seit einiger Zeit eliminieren die großen Automobilhersteller sämtliche mechanische Bearbeitungsschritte nach der Umformpresse, wie Fräsen oder Bohren, und bauen stattdessen Laserstationen auf. Sie designen dann zum Beispiel Autotüren so, dass sie aus den gleichen umgeformten Rohlingen möglichst viele unterschiedliche Modelle ausschneiden können. Denn für den nachfolgenden Laser ist es egal, ob bei der Cabrio-Version der Winkel flacher oder bei der Kombi-Ausführung das Loch größer sein soll. Das Datenpäckchen sagt, was er machen soll, und er setzt es sofort um. Intelligenten Scanneroptiken genügt es, wenn sie Daten aus einer 3D-Simulationssoftware erhalten, und schon können sie die Schweißpunkte am Werkstück platzieren – ohne Teachen. Das Werkzeug stellt sich auf das Werkstück ein.

Noch vernetzter geht es, wenn die Teile dem Werkstück sagen, wie sie bearbeitet werden wollen. Der Laserkopf steht dem Werkstück gegenüber und fragt: „Was darf’s denn sein?“.

In den entstehenden smarten Fabriken ist jedes Werkstück mit einem Data-Matrix-Ausweis versehen, mit dem das System abrufen kann, welchen Weg das Teil durch die Produktionsanlagen nehmen und wie es bearbeitet werden soll. Transportsysteme und Bearbeitungsstationen halten sich an die Vorgaben. Damit das funktioniert, braucht die Produktion hochflexible, leicht steuerbare Werkzeuge, wie eben den Laser. Die Codes selbst bringt natürlich ein Markierlaser auf: eindeutig lesbar auf allen Oberflächen, mit kameragestütztem Gegencheck schon während des Markiervorgangs. Sie enthalten zusätzlich alle anderen Informationen zur vollständigen Weiterbearbeitung und Rückverfolgbarkeit – der Beginn der echten Smart Factory.

Die additive Fertigung per Laserauftragsschweißen oder pulverbettbasiertem 3D-Druck treibt das Ganze auf die Spitze: Die Maschinen warten nur auf einen Datensatz und fertigen, was auch immer verlangt wird. Die Ideen der Ingenieure fließen über das Konstruktionsprogramm zur Lasermaschine und können direkt in echte Bauteile umgesetzt werden: Idee -> Licht -> Objekt. Die Geometrie der Bauteile ist maximal frei. Neue Teile werden möglich: leichter, smarter, besser. Diese Eigenschaften machen laserbasierte additive Fertigung und speziell den 3D-Druck zum reinsten Ausdruck datenbasierter Produktion.

Als der Laser in den 1960ern erfunden wurde, kursierte der Spruch, er sei ein Werkzeug auf der Suche nach einer Anwendung. Es scheint als habe er nun seine Bestimmung gefunden: als Werkzeug der Datengesellschaft.