Wie Lasertechnologie die Fertigung nachhaltiger macht

Apr 16, 2023

Da die Welt vor großen Umweltherausforderungen steht und die globale Erwärmung eine echte Bedrohung für die Zukunft der Welt darstellt, beginnen Regierungen und Verbraucher, Maßnahmen zu ergreifen. In 30 der größten Länder der Welt haben Regierungen Anreize im Wert von mehr als 17,2 Billionen US-Dollar eingeführt, um die Industrie auf umweltfreundlichere und nachhaltigere Praktiken umzustellen.

Zusätzlich zu den Anreizen führen Regierungen grüne Gesetze ein, die Hersteller dazu verpflichten, den Ausstoß von Treibhausgasen zu reduzieren.

Kunden stellen die Versuche der Hersteller, umweltfreundliche Richtlinien umzusetzen, zunehmend in Frage. 85 % der Verbraucher sagen, dass sie ihr Kaufverhalten aktiv im Hinblick auf Nachhaltigkeit geändert haben.

Obwohl keine Industrieprozesse zu 100 % umweltfreundlich sind, können Hersteller proaktive Schritte zur Reduzierung und Implementierung von Technologien unternehmen, um die Fertigung nachhaltiger zu gestalten. Die Faserlasertechnologie ist eine davon und erfreut sich immer größerer Beliebtheit.

In diesem Artikel diskutieren wir die fünf wichtigsten Gründe, warum die Faserlasertechnologie ein wichtiger Verbündeter ist, wenn es darum geht, Hersteller zu nachhaltigeren Praktiken zu bewegen.

In der Produktion verwendete Energiequellen wie Kohle, Öl und Gas schädigen die Umwelt. Die Verbesserung der Energieeffizienz ist einer der Schlüssel, um Produktionsabläufe nachhaltiger zu gestalten.

Während in der Fertigung früher Kohlendioxidlaser (CO2) vorherrschten, sind Faserlaser heute beliebter denn je. Heute haben Faserlaser die Energieeffizienz deutlich verbessert. Der typische Faserlaser verbraucht drei- bis fünfmal weniger Energie als CO2-Laser. Außerdem benötigen sie weniger Zeit (und Energie) zum Einschalten und haben einen geringeren Kühlbedarf als ihre Vorgänger.

Festkörperkomponenten in Faserlasern erfordern außerdem weniger elektrischen Input als CO2-Laser. Beispielsweise kann ein 2-kW-Faserlaser dünnes Material genauso schnell schneiden wie ein 4-5-kW-CO2-Laser.

Die Produktion ist für mehr als die Hälfte des weltweiten Treibhauspotenzials (GWP) verantwortlich. Es ist klar, dass die Industrie Wege finden muss, um Treibhausgasemissionen und Abfall zu reduzieren.

Bei der Herstellung entsteht eine große Menge an Abfall durch Verbrauchsmaterialien. Laser erzeugen keinen Abfall und ersetzen viele Technologien, die stark auf Verbrauchsmaterialien angewiesen sind.

Beispielsweise kann die Lasermarkierung viele Prozesse ersetzen, bei denen Verbrauchsmaterialien wie gedruckte Etiketten und Tinte zum Einsatz kommen. Die Laserreinigung kann auch Prozesse wie Sandstrahlen ersetzen und so abrasive Medien eliminieren, die entsorgt werden müssen.

Laser können Herstellern helfen, ihre Abhängigkeit von Chemikalien zu verringern, indem sie chemische Abbeizlösungen ersetzen, die für die Oberflächenreinigung verwendet werden.

Viele Produktionsbetriebe verwenden immer noch Chemikalien, um Oberflächenverunreinigungen zu entfernen. In den meisten Fällen muss mit diesen Chemikalien umgegangen werden, um eine Kontamination zu vermeiden. Beispielsweise werden beim chemischen Strippen verschiedene Chemikalien zur Entfernung von Verunreinigungen eingesetzt und mehrere Spülschritte durchgeführt. In jeder Phase muss das Spülwasser ordnungsgemäß aufbereitet und entsorgt werden.

Wenn nur ein bestimmter Bereich gereinigt werden muss, kann die Laserreinigung selektiv Rost, Oxide, Beschichtungen und andere Arten von Oberflächenverunreinigungen entfernen, ohne dass Chemikalien verwendet werden müssen oder chemische Spülungen erforderlich sind.

Boeing hat herausgefunden, dass die Verwendung von Laserablation zum Entfernen von Farbe von Flugzeugen anstelle von chemischem Abbeizen oder Medienstrahlen gefährliche Abfälle um mehr als 90 % reduzieren kann.

Je kleiner der industrielle Fußabdruck ist, desto geringer sind die Auswirkungen auf die Umwelt. Die Lasertechnologie ist außergewöhnlich kompakt und verringert den Platzbedarf für die Fertigung.

In der Batteriefertigung beispielsweise kann eine einzelne Laserschweißmaschine genauso effizient sein wie Dutzende Ultraschall-Drahtbondmaschinen. Durch die Umstellung auf Laser kann die Stellfläche möglicherweise um 37 bis 75 Quadratmeter reduziert und gleichzeitig der Energieverbrauch erheblich gesenkt werden.

Insbesondere Faserlaser sind außergewöhnlich kompakt. In einem Glasfaserkabel wird Laserlicht erzeugt. Im Vergleich dazu benötigt ein CO2-Laser eine große Kammer zum Mischen der Gase. Faserlaser verwenden typischerweise eine integrierte Luftkühlung anstelle einer zusätzlichen Kühleinheit. Dadurch wird der Platzbedarf noch weiter reduziert und der Energieverbrauch gesenkt.

Wenn eine Maschine ausgetauscht werden muss, gehen oft Materialien verloren. Zusätzliche Ressourcen werden dann für die Herstellung neuer Geräte verwendet. Maschinen mit längerer Lebensdauer tragen dazu bei, die Welt nachhaltiger zu machen, indem sie diese Art von Abfall reduzieren.

Faserlasersysteme weisen beeindruckende Statistiken auf, wenn es um die Lebensdauer geht. Die meisten Faserlaserquellen können 100.000 Stunden lang betrieben werden – viel mehr als die meisten Arten von Industriegeräten und die dreifache Lebensdauer eines CO2-Lasers. Das bedeutet, dass Faserlaser mindestens 10 Jahre lang rund um die Uhr in Betrieb sein können und konsistente, qualitativ hochwertige Ergebnisse liefern.

Trotz Zusagen liegen die meisten Länder bei der Erreichung der Treibhausgasemissionsziele im Rückstand. Es müssen ernsthafte Schritte unternommen werden, um aufzuholen und weitere Umweltschäden zu verhindern. Hersteller müssen eine wichtige Rolle dabei spielen, Veränderungen für eine nachhaltigere Zukunft herbeizuführen. Unternehmen, die aktiv werden, können auch Kunden sowie neue Talente inspirieren und anziehen.

Laser – genauer gesagt Faserlaser – sind eine der Technologien, die diese Bemühungen unterstützen können, indem sie Abfall, Energie, Chemikalien und Verbrauchsmaterialien in der Fertigung reduzieren.

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Über den Autor

Guillaume Jobin ist ausgebildeter Maschinenbauingenieur und verfügt über mehr als 10 Jahre Erfahrung in der Automatisierung und Steuerung. Er ist Anwendungsspezialist bei Laserax, wo er auch Mitglied des Corporate Sustainability Committee ist.