(Plaat)bewerken in de microlaserwereld

Toon Janssen is geen onbekende in de Nederlandse plaatwerkindustrie. Met zijn vroegere bedrijf CMF Group is hij jarenlang één van de voorlopers in Nederland geweest als het ging om lasertechnologie voor dunne plaat. Dun betekende toen tussen de 1 en 6 mm. Een aantal jaren geleden is de groep failliet gegaan en zijn delen uiteindelijk overgenomen. Nu is Janssen samen met zijn echtgenote Ans back in business. Het begon te kriebelen. Consultancywerk – wat hij de laatste jaren gedaan heeft – was leuk werk, maar anders dan weer zelf ondernemen. ‘Maar we hoeven geen groot bedrijf meer, geen paar honderd medewerkers. Klein, zelf weer aan de machine staan en met techniek bezig zijn. En met de machines verder gaan dan ze standaard kunnen. Dat geeft de meeste vreugde’, zegt Janssen in het bedrijfspand van Laser Technology Janssen in Wijchen. Hier legt hij zich toe op microcomponenten, gemaakt van dunne plaatdelen.

Microplaatwerkfabriek
Klein moet je heel letterlijk oppakken. De daadwerkelijke fabriek waar de producten vervaardigd worden, beslaat eigenlijk niet meer dan 56 m2. Een afgeschermde, geconditioneerde ruimte in het bedrijfspand dat veel groter is. Hierin staat een Trumpf TruLasercel 3000, waarmee zowel microlasersnijwerk als laswerk wordt gemaakt in 2D, 2.5D en 3D, en een TruBend 7030, een compacte kantbank voor microplaatdelen. Verder is er nog plek voor een Keyence optisch meetsysteem. Meer heeft Janssen niet nodig voor de plaatwerkproducten waar de focus nu op ligt. Het bedrijf concentreert zich namelijk op microcomponenten uit dunne plaat (maximaal 1,5 mm), veelal folies. Janssen: ‘Microlasersnijden en lassen is een heel specifieke markt, vooral in de luchtvaart, medische- en semiconductor industrie en de optische wereld. Zowel vanwege de afmetingen als de hoogwaardige materialen, zoals Inconel, Kovar, fosforbrons en andere legeringen, vergt het specifieke kennis.’ En dat is wat hij en zijn echtgenote willen met hun nieuwe onderneming: zich onderscheiden. Dat lukt in Nederland niet meer met een vlakbedlaser. Tegelijkertijd verwacht hij dat de markt voor microtechnologie wel degelijk blijft groeien, omdat in de hightech alles steeds kleiner wordt en de toleranties kleiner. ‘Wij lasersnijden met nauwkeurigheden van 5 of 6 micron’, zegt Janssen.

Toleranties in snijwerk van microns
Zowel de lasercel als de kantbank komen van Trumpf. Als je lasersnijdt met toleranties van enkele microns, in plaatwerk dat soms niet dikker is dan aluminium huishoudfolie, dan komt het aan op de combinatie van laserbron, mechanische opbouw van de machine en besturing. Toleranties, dat is voor Janssen en zijn vrouw het sleutelwoord geweest in hun zoektocht naar de juiste technologie. Om het wezenlijke van microlasersnijden te illustreren, maakt hij de vergelijking met een gat in de snelweg. ‘Een paar honderdste micrometer bredere laserspot dan bedoeld, is als een gat van een meter in het wegdek van een snelweg.’ Precies daarom telt bij deze technologie niet alleen de nauwkeurigheid van de spotgrootte en de hoeveelheid laserlicht, maar minstens zo belangrijk is de positioneernauwkeurigheid van de machine. De TruLasercel 3000 van Trumpf heeft als optie een losse C-as, omdat men ook 3D producten wil kunnen lasersnijden. ‘Zo kunnen we turbinedelen 2,5D bewerken en als we de B-as onder een hoek positioneren, kunnen we zelfs 3D-lasersnijden.’

Opspanning van flinterdunne plaatdelen
Naast laserbron, spotgrootte en mechanische nauwkeurigheid, is er nog een vierde cruciale factor in het microbewerken van folies en extreem dunne plaat: de opspanning. Eigenlijk verschilt zo’n lasersnijder voor microdelen niet wezenlijk van een vlakbedlaser voor macro plaatdelen, alleen is alles veel nauwkeuriger en stabieler uitgevoerd.

Het plaatmateriaal wordt op het bed geplaatst. ‘Opspannen en positioneren is in deze sector het geheim van de smid’, lacht de Gelderse metaalondernemer. ‘Per product en geometrie moeten we kijken hoe dat het beste kan. 5 mm dikke plaat blijft wel liggen, maar een dunne folie niet.’ Vooral de materialen onder 1 mm vereisen speciale opspanningen, laat staan folies van 15 micron dik. Bovendien zijn het niet zelden kostbare materialen. Juist vanwege dit aspect heeft het begrip testsnijden bij het microbewerken een andere lading dan in standaard dunne plaat. ‘Natuurlijk moeten ook wij testen en proefsnijden, maar als een plaatje materiaal zo groot als een postzegel 1000 euro kost, dan ga je daar voorzichtig mee om.’ Een kwestie van de standaard technologietabellen die de machineleverancier meelevert aanvullen met de eigen kennis en ervaring.

Kanten in de microwereld: zetting onder de mm
Omdat de markt juist in het microbereik complete producten wil, biedt Laser Technology Janssen ook zetten en laserlassen aan. Zetten heeft opnieuw heel andere dimensies. De ondergrens bij wat tot nog toe gemaakt is, ligt op een zetting van een 0,2 mm dun plaatje veerspanstaal van 0,75 mm hoog in een nauwkeurigheid van 0 + 0,05 mm. Om dit te realiseren, ontwikkelt Janssen zijn eigen gereedschappen. Laserlassen van de samenstelling is vervolgens de laatste bewerking. Hoewel Janssen vijftien jaar geleden al de eerste ervaring met laserlassen van macrocomponenten heeft opgedaan, is het laserlassen an sich in Nederland nog steeds niet echt breed doorgebroken. Hij denkt dat de technologie bij het microlaserlassen sneller geaccepteerd zal worden. ‘Voor deze onderdelen heb je laserlassen echt nodig.’ Omdat het extreem dun materiaal is, moet de warmte-inbreng minimaal zijn. Ook de hoge afwerkingsgraad van een laserlasnaad is bij microbewerken een belangrijk voordeel. Het microlaserlassen gebeurt overigens in dezelfde TruLaser cel als waarmee gesneden wordt. Met dezelfde fiber laserbron. ‘We moeten daarvoor wel de machine ombouwen. Een andere optiek’, legt Janssen uit. Dat het ombouwen van de machine tijd kost, speelt bij het microlaserbewerken amper een rol. Niet alleen zijn de series doorgaans meestal klein tot middelgroot, veel meer telt nog dat stukkosten minder zwaar wegen dan in de macro plaatwereld. Janssen: ‘Meestal is bij deze toepassingen niet de vraag wat het kost, maar of het maakbaar is, omdat het moet en niet anders kan.’

Nauwkeurigheid meten
Omdat het om zeer kleine toleranties gaat, stelt het microbewerken ook eisen aan de meetapparatuur. Hiervoor gebruikt men een optisch meetsysteem van Keyence, dat enkele seconden tot op een nauwkeurigheid in het nanobereik de maatvoering aangeeft. Essentieel is wel dat het volledige proces, inclusief de materiaalopslag, in een geconditioneerde ruimte gebeurt. ‘Ook dat maakt dit werk anders dan het standaard plaatwerk’, legt Janssen uit. Even snel voor een klant iets buigen terwijl hij erop wacht kan niet. Materiaal dat uit de auto komt, zal eerst een nachtje moeten acclimatiseren. Anders is de afwijking te groot. Want in microbewerken is een zandkorrel wat een vrachtwagenlading zand in de wereld van macrodelen is.