Kantenverrunden und Entgraten von Glasbauteilen mit Laserstrahlung

Laserpoliertes Bauteil aus Quarzglas mit verrundeten Kanten Bildquelle: Fraunhofer ILT / Volker Lannert, Aachen

Bereits seit mehreren Jahren ist das am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT entwickelte Laserpolieren ein bekanntes Verfahren in der Metall- und Glasverarbeitung. Es lässt sich nicht nur zum Polieren von Flächen, sondern auch zum Verrunden von Kanten sowie zum Entgraten von Fließ- oder Trennkanten auf Spritzguss- oder Pressteilen einsetzen. Durch das Verrunden der Kanten wird die Stabilität des Glases erhöht. Trennkanten auf Spritzguss- oder Pressteilen können so entfernt werden, dass diese visuell und haptisch nicht mehr wahrnehmbar sind.

Die Stabilität von Glasbauteilen lässt sich erheblich durch die Verrundung ihrer Kanten erhöhen. Hier erweist sich das Laserpolieren als kostengünstiges und schnelles Verfahren. Wird eine Glaskante mit CO2-Laserstrahlung poliert, entsteht in der äußersten Randschicht eine Temperatur knapp unterhalb seiner Verdampfungstemperatur, so dass die Viskosität des Materials stark reduziert wird. Dadurch kann das Material fließen und durch die Oberflächenspannung reduziert sich die Rauheit der Oberfläche. Dabei wird – im Gegensatz zu konventionellen Polierverfahren – kein Material von der Oberfläche abgetragen. Zusätzlich wird die Oberfläche der Kante poliert und weist ebenso wie angrenzende Bereiche eine sehr kleine Mikrorauheit auf. Damit steigt nicht nur die Stabilität im Bereich der Kanten, sondern auch der Glanzgrad des bearbeiteten Bereichs auffällig an. Der Verrundungs- und Poliergrad der Kante kann mit der Prozesstemperatur in der äußersten Randschicht eingestellt werden, so Annika Richmann, Projektleiterin am Fraunhofer ILT. Üblicherweise erfolgt die Bearbeitung mit einem Strahldurchmesser von mehreren Millimetern, sie kann aber auch sehr lokal erfolgen. Die Laserpolitur lässt sich auf nahezu allen Glassorten anwenden, für niedrigschmelzende Gläser werden zusätzlich größere Prozessgeschwindigkeiten erreicht.
Keine sicht- und ertastbaren Grate
Das Verfahren ist ebenfalls für das Entgraten beispielsweise von Spritzguss- und Pressteilen aus Glas und Kunststoff geeignet. Bei der Entfernung von Graten wird das Material, wie auch beim Laserpolieren, umverteilt. Der Grat kann dadurch soweit reduziert werden, dass er visuell nicht mehr wahrnehmbar ist und auch nicht mehr ertastet werden kann. Bei der Bearbeitung von Graten wird ebenfalls die Mikrorauheit der bearbeiteten Bereiche stark reduziert und der Glanzgrad erhöht.
Politur von Freiformoptiken
Derzeitiger Forschungsschwerpunkt am Fraunhofer ILT ist der Einsatz des Laserpolierverfahrens für die Bearbeitung von Freiformoptiken. Diese können mit konventionellen Verfahren nur sehr zeitaufwändig poliert werden. Mit dem Laserpolieren lassen sich Bearbeitungszeiten erreichen, die je nach zu polierender Oberflächengeometrie bis zu 100 Mal kürzer ausfallen. Für viele Anwendungen, unter anderem auch Optiken für die Beleuchtungsoptik, sind die bislang erreichten Rauheiten bereits ausreichend. Die Herausforderung bei der Weiterentwicklung des Laserpolierverfahrens liegt nun darin, durch eine weitere Erhöhung der Formgenauigkeit und der Reduzierung der Welligkeit auch für die abbildende Optik eine ausreichende Rauheit zu erzielen.

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