Hogyan vált a Trumpf globálisan vezető lézerspecialistává

A Trumpf tevékenységét 1923-ban a fogorvosi fúróknál alkalmazott,illetve nyomdákban használatos hajlékony tengelyek gyártásával kezdte. A 30-as évek közepén lemezvágáshoz használt motoros hajtású kézi ollók konstrukciójával bővült a termékprogram. A Trumpfnál a fő üzletágat a mai napig a lemezmegmunkáló gépek gyártása és fejlesztése képviseli, amely egyik első csúcspontját 1950-ben érte el – akkor még Stuttgart-Weilimdorfban – a változtatható löketű, rögzített lemezkivágó olló, a TAS4 konstrukciójával, amely a lemezkivágást folyamatos lyukasztási/kivágási műveletként volt képes végezni.

A fejlődés záloga a megfelelő tervezőgárda

Az első numerikus pályavezérlésű Trumpf lemezmegmunkáló gép egy új korszak kezdetét fémjelzi

Az első numerikus pályavezérlésű Trumpf lemezmegmunkáló gép egy új korszak kezdetét fémjelzi

1957-ben a vállalat – egy fiatal mérnök, Berthold Leibinger nevére – szabadalmat jelentett be a koordináta alapú lemezvezetésre. Ez a fejlesztés tette lehetővé a kivágások és kontúrok milliméter pontosságú nibbelését (kivágását/ lyukasztását) anélkül, hogy azokat előzetesen sablonnal meg kellett volna tervezni. A vállalat további szakmai fejlődését Leibinger alapvetően meghatározta. Miután 1960-ban egy rubin gerjesztésével sikerült lézervillámot létrehozni, a schrambergi Carl  Haas cég – mely ma Trumpf Laser néven a Trumpf 100%-os tulajdonában lévő leányvállalat – az új eszközt hamarosan órarugók ponthegesztésénél kezdte alkalmazni.

A Trumpfnál Berthold Leibinger ez idő alatt sikeresen kifejlesztette az első, Trumatic 20 elnevezésű, numerikus pályavezérlésű lemezmegmunkáló gépet. Ez az ötlet új korszakot nyitott a szerszámgépek gyártása terén, és az elektronikus vezérlések ettől kezdve fokozatosan átvették a gépek és berendezések manuális kezelésének és vezérlésének szerepét.

A döntés: A Trumpf a lézer esetében a saját útját járja

A Trumpf által a mai napig irányadó koncepciók – idetartoznak például a nibbelező – és stancolóberendezések – ugyan sikeresnek mondhatók a piacon, a Trumpf ennek ellenére folyamatosan keresi a lemezmegmunkálást érintő optimalizálási lehetőségeket. Amikor a Trumpf döntéshozóinak az 1970-es években az Egyesült Államokból a fülébe jutott, hogy  az érintkezésmentes lemezvágás művelete a plazmán kívül immár lézerfénnyel is működik, ez egy jövőbe mutató, ösztönös döntést eredményezett, mely megteremtette egy Németországból származó, teljesen új típusú vágógép sikeres kifejlesztésének alapjait. Hiszen a Trumpf felelős vezetői nyilvánvalóan felismerték a lézerben rejlő lehetőségeket, és e tengerentúli hír hallatán rövid úton egy kaliforniai lézergyártóval való együttműködés mellett döntöttek.

Az első – a Trumpf által bemutatott – kombináltstancoló-lézervágó gép esetében 500 és 700 wattos CO2-lézereket alkalmaznak sugárforrásként

Az első – a Trumpf által bemutatott – kombináltstancoló-lézervágó gép esetében 500 és 700 wattos CO2-lézereket alkalmaznak sugárforrásként

1979-ben a Trumpf időközben az új ditzingeni telephellyel – mely ma a Trumpf-csoport fő székhelye – tovább bővült, és a cég abban az évben első ízben épített be egy amerikai gyártásból származó, 500 wattos lézert a Trumpf kivágó- és  nibbelőgépek egyikébe. A vállalat ezzel az egyetlen berendezés formájában megvalósított eljáráskombinációval a lézerek alkalmazása terén egy világpremiert tudhat magáénak. A  különleges géppel közvetlenül a rugalmas lemezgyártás piacát célozták meg. Az ügyfelek már nem csupán álmodhattak a csúcstechnikáról, hanem saját maguk is megtekinthettek és megtapasztalhattak egy jól bevált Trumpf-terméket, méghozzá olyan értéktöbblettel, amely a fényből új „szerszámot” generált, és amely képes volt NC útján a szabadon programozható kontúrok kivágására.

1985-ig ebből az amerikai lézertechnikával felszerelt, speciális berendezésből több mint 200 darabot adtak el. A Trumpfnál azonban a döntéshozók számára a Trumpf-berendezések nem saját gyártású lézerrel történő felszerelése már 1983-ban is csak középtávú megoldást jelentett. Egy eltérő megoldás szükségességének egyik fő oka az volt, hogy az amerikai lézerrendszerek igen terjedelmes laboratóriumi kivitelezést igényeltek.

Az első, nagyfrekvenciás gerjesztésű CO2-lézer minden várakozást felülmúlt

Ugyanakkor a Trumpf ezenkívül nem csupán az amerikaiak leleményességéből profitált, hiszen az általuk elért eredmények a piaci versenytársak számára is rendelkezésére álltak. E kockázat kiküszöbölésére tehát vagy kizárólagos beszállítót kellett találni, vagy saját lézert kellett kifejleszteni és konstruálni.

A felelősöknél az utóbbi ötlet valósult meg, és ezt a Trumpf-történelem egyik mérföldkövének, illetve Németországban a lézeres vágástechnika megnövekedett felhasználására vonatkozó mérföldkőnek lehet tekinteni. Egy akkoriban teljesen újszerű technológiát azonban a ditzingeniek saját adataikra támaszkodva, saját erőből, kompletten nem tudtak kifejleszteni. Ezért kerestek egy tudományos partnert, melyet a Deutsche Forschungsund Versuchsanstalt für Luft- und Raumfahrt (DFVL – Német Légiközlekedési Kutató és Kísérleti Intézet) „személyében” találtak meg. Ezenkívül egy kutatói csoporttal kötött partnerség egy fejlesztési kooperációhoz vezetett.

A Trumpf két fizikusból, egy gépészből, egy elektrotechnikusból, két kísérleti szerelőből és egy titkárnőből álló csoportot hozott létre egy bérelt épületben, és ez a projektcsoport dolgozott a saját lézerrendszer fejlesztésén. E fejlesztési terv eredményei egy keresztirányban áramoltatott 900 W-os lézerben csúcsosodtak ki, amely azonban a lézersugarat csak 10 másodpercre tudta létrehozni, és a vágásminőség sem volt kifejezetten jónak mondható. A fogyatékosságok kiküszöbölésére a következő lépésben a DFVL soraiból származó támogatás nélkül fejlesztettek ki egy hosszirányban áramoltatott lézert, melyet permanensen nagy frekvencia alkalmazásával gerjesztettek.

A Trumpf 1985-ben mutatta be az első öttengelyes, CO2-aggregátoros lézergépét: a TCL 5000 modellt

A Trumpf 1985-ben mutatta be az első öttengelyes, CO2-aggregátoros lézergépét: a TCL 5000 modellt

A további műszaki akadályok elhárítását és a fejlesztéseknek köszönhető sikeres áttöréseket követően (például a sugárminőség javítása és lézerlabor alapítása projekt teammel) 1985-ben egy darmstadti lézeres szakember támogatásával a következő fejlesztéseket sikerült végül megvalósítani: A Trumpf első saját fejlesztésű CO2-lézergenerációja két változatban, 1 illetve 1,5 kW teljesítménnyel megérett a sorozatgyártásra, és így azt az akkori EMO-kiállításon be is mutatták a nyilvánosságnak. A Trumpf-fejlesztők még emlékeznek arra, hogy a versenytársak a ditzingeni lézeres tevékenységről ugyan értesültek, és azt figyelemmel is  kísérték, ám ennek az első nagyfrekvenciás gerjesztésű lézernek a jó vágásminősége a konkurencia legnagyobb félelmeit is „felülmúlta” – méghozzá a Trumpf javára. Egy negatív körülménnyel ezt követően annak az amerikai sugárforrás-beszállítónak a heves áremelése miatt kellett számolni, amelynek termékeire abban az időben még a legtöbb Trumpf berendezéshez bizony szükség volt. A ditzingeniek azonban közös erőfeszítéssel fél éven belül elérték, hogy az összes ilyen szempontból érintett gépet saját rendszereikkel szerelhessék fel. Ezzel egy időben a mechanika azonos jellegű alapkomponenseket tartalmazó moduláris koncepciója biztosította a lézerforrások immár 2,5–3 kW teljesítményre kibővített ajánlati palettáját.

A Trumpf számára így megnyílt a hegesztési piacon történő megjelenés lehetősége. Az újdonsült lézerszakembereknek azonban nem volt vesztegetnivaló idejük, mivel hamarosan megjelent a japán konkurencia,  s előre is tört a piacon. A Trumpf válasza erre az volt, hogy a lézerforrást kisebb és gazdaságosabb konstrukcióban kínálta. További cél volt a lézer  teljesítményspektrumának bővítése. Ennek keretében a Trumpf például előirányozta a vékony lemezek vagy faanyagok vágását. Nagy akadályt jelentett a lézergáz szállításához és a hatékony hűtéshez szükséges úgynevezett Roots fúvó, mivel nem fért bele a kompaktabb berendezésekbe. A megoldást egy turbinagyártó nyújtotta azáltal, hogy kifejlesztett egy kisméretű, de nagy teljesítményű turbófeltöltős radiális ventilátort, amely méreteiben megfelelt a Trumpf előírásainak,és az eredeti berendezés súlyának kb. négyötödét tette ki.

Teljesítménynövekedés a kétfedeles konstrukciónak köszönhetően

Az újszerű turbinát tartalmazó megoldás azonban nem működött tökéletesen, mivel a hőviszonyok nem voltak kezelhetőek, ám az integrált kompakt lézer így kezdeményezett ötlete mégis megszületett. Két évvel később megszületett egy sorozatgyártásra alkalmas egység, mely az első széria által a telepítéshez igényelt térnek csak a harmadát vette igénybe, és immár  jóval kedvezőbb feltételekkel volt elérhető. A következő lendületet a fejlesztést illetően a 80-as évek végén a robotika területe hozta: Egy  hegesztőrobot-gyártó cég a rendszereit integrált lézersugaras vezérléssel akarta felszerelni autóipari gyártósoroknál való felhasználás céljából. Úgy  tűnt, a megoldást a Trumpf kompakt lézere jelenti. Ám annak teljesítményét 5 kW-ra kellett volna növelni, ami a rendelkezésre álló lehetőségek által már nem volt kivitelezhető. A Trumpf-specialisták megnövelték a rezonátor hosszát úgy, hogy két rezonátornégyzetet egymásra helyeztek, ily módon megteremtve a kétfedeles konstrukciót. Ezen módszernek köszönhetően a lézerek ma akár 20 kW teljesítménnyel bírnak, és valódi energiaegységek, melyek kiváló sugárminőséggel hegesztenek.

E lézer teljesítmény-színvonala megoldást kínált a felhasználók támasztotta követelményekre: A még nagyobb teljesítményű, illetve folyamatsebességű lézerek iránt egyre nőtt a kereslet. A 20 kW-os lézer kifejlesztésével – mely projekt az aacheni Lézertechnikai Fraunhofer Intézettel együtt zajlott – a Trumpf a keresletnek megfelelő rendszert kínálhatta. A lézert világszerte lemezek vágására alkalmazzák. E ma is nagyon fontos alkalmazási terület mellett a lézer további felhasználási területeket is magáénak tudhat. Idetartozik például a turbinalapátok fúrása a fúvókahajtóművek hűtőteljesítményének növelése érdekében, vagy a precíz felületi gravírozások megmunkálása. A lézer az elektrotechnikában az áramköri illesztések terén vált nélkülözhetetlenné, egy olyan alkalmazásnál, ahol az áramköri pályákat célzottan kell leszedni. Később a lézer az orvostechnikában is további alkalmazási területre lelt: ez az úgynevezett sztentvágás. Egyetlen másik gyártási eszköz sem volt képes az állandóan növekvő keresletet mindenkor a szükséges minőségben és hatékonysággal lefedni – amely jó példa a lézer forradalmi potenciáljára a komplex komponensek gyártása terén.

Idetartozik – többek között – a generatív eljárásokra gyakorolt hatás. lyenek például a Rapid Prototyping, a lézeres felhordó hegesztés és a mikro sztereó litográfia.

A lézer mindig jelentős felhasználási lehetőségeket kínáló alkalmazási területekre lelt

A Taylored Blanks, tehát a méretre szabott lemezek esetében a lézertechnika segítségével könnyebb és takarékosabb járművek gyártása valósulhatott meg. A 80-as évek végén a szilárdtest-lézereket már egyre szélesebb körben alkalmazták, és 1992-ben a Trumpf az 1986-ban a Haas Strahltechnik cégből kinőtt, immár önálló Haas-Laser GmbH + Co. KG társtulajdonosa lett. Ezt megelőzően a cég a fekete-erdei Schrambergben mutatta be az első, ipari felhasználásra alkalmas szilárdtest-lézereket.

1991-ben a schrambergi Haas iparilag alkalmas, több kilowattos, tartós vonalú szilárdtest-lézerrel jelentkezett a szektorban

1991-ben a schrambergi Haas iparilag alkalmas, több kilowattos, tartós vonalú szilárdtest-lézerrel jelentkezett a szektorban

Ugyanabban az évben dobta piacra a Trumpf – a Lasercell 105 gép formájában – az első repülő optikás 3D-CO2- lézert. A 90-es évektől szinte évente került sor jelentős innovációs lépésekre és termékújdonságok bevezetésére. 1993-ban a CO2-lézer teljesítményét 12 kW-ra növelték. A Trumpf 1994-ben jelent meg a piacon a feliratozó lézerek első generációjával, mely már akkor is kitűnt rendkívül kezelőbarát tulajdonságaival. 1995-ben mutatta be a Trumpf az első szilárdtest-lézerrel rendelkező síkágyas vágóberendezést: a Trumatic LY 2500 típust. Két évvel később következett a Trumatic HSL 2502, amely még nagyobb vágási sebességekkel működött. A Trumpf a Vectormark compact elnevezésű, első diódával pumpált feliratozó lézerrel jelent meg 1998-ban a diódagerjesztéses technika piacán. 1999-ben mutatta be a Trumpf az első disk laborlézert, amely megsokszorozza a diódával pumpált szilárdtest-lézer teljesítményszintjét. Ma ez az eszköz képezi az összes nagy teljesítményű Trumpf lézer alapját.

 

A diódával pumpált disk lézerrel a Trumpfnak egy olyan fejlesztése valósult meg, amely alapul szolgál a nagy teljesítményű szilárdtest-lézerek számára

A diódával pumpált disk lézerrel a Trumpfnak egy olyan fejlesztése valósult meg, amely alapul szolgál a nagy teljesítményű szilárdtest-lézerek számára

A fejlesztés további csúcspontjaként tarthatjuk számon az ezredfordulót követően az ultraibolya lézerrel működő Vectormark compact feliratozó berendezés bevezetését. A tudomány nagy lépéseket tett a 2D lézervágó berendezések terén is, ilyen például a Trumatic L 3050, mely a legkülönfélébb anyagvastagságok megmunkálására szolgáló, nagy kapacitású berendezés, vagy a 4 kW-os disk lézer prototípusa, amelynek sugárminősége teljesen új perspektívákat tárt fel, leginkább a szkennerhegesztés szakterületét tekintve. 2005-ben a Trumicro  szériával kerül piacra az első – a rugalmas mikromegmunkálást szolgáló – rövid impulzusú lézer. A Trumpf többek között magáénak tudhatja a 8 kW teljesítményű Trudisk disk lézer szériaszinten történő bevezetését. A gép ma már kétszer akkora teljesítménnyel büszkélkedhet. A Trufiber szállézer-berendezéseket a hatékony finomvágás és -hegesztés műveleteihez fejlesztették ki. A Trudisk szilárdtest- lézerrel rendelkező, új generációs, első síkágyas lézergép a 2008-as évben már nagy termelékenységű, kettős fejrendszerekkel működhet. Ugyanabban az évben kerülnek piacra a Trumicro 5000-es sorozat első pikoszekundumos lézerei. A Trudiode elnevezésű, több kilowattos tartományban üzemelő diódás közvetlen lézer megjelenésével a Trumpf 2009-től a világszerte legszélesebb spektrumú lézerprogramot kínálhatja ügyfelei részére. 2011-ben mutatják be a Ditzingeniek a Truflow 10.000 kompakt CO2-lézert: egy kiváló sugárminőségű,10 kW-os egységet.

A Trulaser 5030 fiber géppel többek között egy további, közvetlen hajtású szilárdtest-lézeres vágóberendezés következik a sorban, mely a Trudisk technológiának köszönhetően az addig elérhető hasonló rendszerekkel szemben háromszoros előtolási értékeket képes produkálni. 2013-ban a szilárdtest-lézeres vágás valódi forradalmának lehetünk tanúi: a Brightline fiber elnevezésű új funkció első ízben teszi lehetővé vastag nemesacél vágásánál a kiváló minőség elérését – ezen sugárforrásnak köszönhetően. Ezen opció segítségével a felhasználó például a legújabb Trulaser 5030 fiber gép használatával – a kívánt eredmény függvényében – vékonyról vastag, illetve vastagról vékony lemezmegmunkálásra válthat.

 

A fejlesztések aktuális irányát az ultrarövid impulzusú lézer határozza meg

2002-ben vezette be a Trumpf az első ultraibolya hullámhosszon működő feliratozó lézert

2002-ben vezette be a Trumpf az első ultraibolya hullámhosszon működő feliratozó lézert

A Trumpfnál a lézertechnika története szempontjából az utóbbi idők legnagyobb eseménye 2013 végén a szövetségi elnök „Jövő” díjának odaítélése volt. A Trumpf, a Bosch és a Jénai Egyetem kutatói kapták az említett kitüntetést a „Termelés fényvillámokkal – ultrarövid impulzusú lézerek az ipari tömegtermelés számára” c. pályázatukra. Kutatásaikkal egy olyan különleges, minden anyagot plazmává alakító lézerfajta alkalmazásának útját egyengetik, amely azonnal elpárolog és szinte semmilyen termikus terhelést nem generál. Még egy gyufafejbe is mikrolyukat lehet fúrni vele anélkül,  hogy az meggyulladna, vagy akár a fa megbarnulna. Ezáltal elérhetővé válik a legapróbb struktúrák nagy precizitású gyártása, vagy akár az érzékeny, rideg anyagok kíméletes vágása. Ilyen műveletek lehetnek például szilíciumostyából chipek létrehozása, vagy a törésálló érintőképernyő-üveg vágása. Egyelőre csak sejtéseink lehetnek arról, milyen sokféle területen alkalmazható majd ezen új eszköz az elkövetkezendő években.

 

Írta Peter Königsreuther

A cikket a Műszaki Magazin jóvoltából közöljük!

További információ

Trumpf Hungary Kft. honlapja