Nieuwe lasertechnologie maakt snijden van boriumstaal tot duizendmaal sneller

Boriumstaal wordt al lange tijd gebruikt in de automotive industrie en is onder meer aanzienlijk sterker dan regulier metaal. Dit brengt uitdagingen met zich mee; zo is het snijden van het materiaal een relatief tijdrovende klus. Een nieuwe lasertechnologie biedt uitkomst en maakt het snijden van boriumstaal tot duizend keer sneller, zonder hierbij aan nauwkeurigheid te verliezen. De technologie biedt hiermee kansen voor de automotive industrie.

In boriumstaal is een staallegering met borium, wat het staal harder maakt dan regulier staal. Het materiaal wordt om deze reden veel gebruikt in de automotive industrie voor de productie van chassis, dat hierdoor extra sterk wordt. Door zijn sterkte is boriumstaal echter lastig te snijden of vormen. Het is mogelijk boriumstaal met een plasmatoorts te snijden, maar hierbij wordt het metaal verwarmd tot een temperatuur van 650ºC en is minder precisie mogelijk dan bij het gebruik van een pulserende laser. 

PULSE consortium

Binnen het project High-Power Ultrafast Lasers using Tapered Double-Clad Fibre (PULSE) wordt daarom een nieuwe lasertechnologie ontwikkeld om boriumstaal sneller en efficiënter te kunnen snijden. Het project is een initiatief van Photonics 21, een Europees technologieplatform waarin verschillende partijen uit de fotonica-industrie zich hebben verenigd. Het project krijgt financiering van 5,2 miljoen euro vanuit het Europese Horizon 2020 programma. 

Bij het PULSE consortium zijn verschillende partijen betrokken:

Universiteiten en hogescholen

• Aston Universiteit (Verenigd Koninkrijk)
• Hochschule Mittweida (Duitsland)

Bedrijven

• Ampliconyx (Finland)
• Ceram Optec (Letland)
• LUNOVU (Duitsland)
• Nanotypos (Griekenland) 
• Onostampi (Italië)
• Prime Laser Technology (Griekenland)

Onderzoeksinstituten

• Modus Research and Innovation (Verenigd Koninkrijk)
• Centro Ricerche Fiat (Italië)
• Foundation for Research and Techology Hellas (Griekenland)

100kW in een enkele puls

Binnen PULSE wordt gewerkt aan een nieuwe pulserende lasertechnologie met een gemiddeld vermogen van 2,5kW of 100kW in een enkele puls. Deze puls kan met een frequentie tot 1GHz worden verstuurd, wat duizendmaal meer is dan de huidige grens van 1MHz. Bij 1GHz worden per seconde tot een miljoen pulsen verstuurd. De technologie verstuurt de laserpulsen dusdanig snel dat deze gemeten worden in femtoseconden. Eén femtoseconde is een biljardste van een seconde. 

Doordat het lasersysteem fors krachtiger is maakt de nieuwe lasertechnologie het mogelijk boriumstaal aanzienlijk sneller te snijden dan met huidige beschikbare technologie mogelijk is. Dit biedt kansen. Zo verwacht Photononics 21 dat het gebruik van de nieuwe precisielaser het aantal producten dat wordt afgekeurd en daardoor moet worden vernietigd met 10% kan terugdringen, wat een positieve impact heeft op het milieu. Ook kan de productietijd van een chassis met tweederde worden teruggedrongen en kunnen de productiekosten met 5% worden verlaagd.

Mallen met nauwkeurigheid op micronniveau

Het systeem maakt het mogelijk laserpulsen zeer nauwkeurig aan te sturen. Dankzij deze nauwkeurigheid kunnen mallen voor de productie van auto-onderdelen met een nauwkeurigheid op micronniveau worden gevormd. Ook kan de lasertechnologie worden gebruikt om verschillende soorten metalen voor thermische zonnecollectoren te microlassen.

Het consortium verwacht in 2021 een prototype beschikbaar te hebben waarmee boriumstaal met de nieuwe lasertechnologie kan worden gesneden. 

Auteur: Wouter Hoeffnagel
Bron: PULSE
Bron: Photonics 21