EPARLAS- Eigenparametrierung von Lasern zur Bearbeitung organischer Substrate am Beispiel des Seitenrauens in der Schuhfertigung

Im Rahmen des AiF-Forschungsprojekts «EPARLAS- Eigenparametrierung von Lasern zur Bearbeitung organischer Substrate am Beispiel des Seitenrauens in der Schuhfertigung» konnte das PFI und PZKL die automatische Eigenparametrisierung und damit die Adaption der Laserbearbeitung auf die jeweils gerade verwendete Ledersorte erfolgreich entwickeln.

Die Industrie 4.0 stellt die Schuhindustrie vor große Herausforderungen, die Automatisierung ist aufgrund der großen Verwendung von Leder sehr problematisch, da die Ledersorten sich durch Tierart, Zurichtung und Gerbart unterscheiden. Aufgrund der starken Variation der Ledersorten stellen Automatisierungslösungen hier eine besondere Herausforderung dar. Dieses Forschungsprojekt hat sich zum Ziel genommen, eine dieser Hürden im Bereich automatisiertes Lederrauen an Sohlen zu nehmen. 

Ziel des Forschungsvorhabens war daher die automatische Eigenparametrisierung und damit eine direkte Adaption der Laserbearbeitung auf die jeweils gerade verwendete Ledersorte.

Um Leder mit der Sohle zu verbinden, ist es notwendig, die Zurichtung vom Leder zu entfernen. In der Schuhindustrie wird dieser Aufrauprozess noch oft von Hand durchgeführt und nur vereinzelt kommt der Laser hier zum Einsatz. Untersuchungen zeigten das Potential von Ultrakurzpulslasern für den Aufrauprozess, so konnte durch eine eingebrachte Raumgeometrie der nötige Schälwiederstand sogar übertroffen werden.  Aus diesen Versuchen zeigte sich jedoch, dass es erforderlich ist, die Laserparameter an die jeweilige Lederart anzupassen, um Karbonisierung an der Oberfläche zu vermeiden, die sich negativ auf die Haftfestigkeit auswirkt.  Somit muss eine automatische Adaption der Laserparameter auf die jeweilige Ledersorte erfolgen. Hierfür waren zunächst grundlegende Untersuchungen der Laserparameter auf die Karbonisierung bei Leder nötig. So zeigte sich, dass der zeitliche Impulsüberlapp keinen wesentlichen Einfluss auf die Karbonisierung hat, im Gegensatz zum räumlichen Impulsüberlapp und zur Streckenenergie.   

Der Ansatz des Forschungsprojektes ist es, die für die Karbonisierung kritische Laserausgangsleistung auf Basis von Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) zu regulieren. Aufgrund des thermischen Prozesses der Karbonisierung bei der Laserbearbeitung von Leder ist es möglich, das breite Emissionsspektrum durch LIBS zu erfassen. Um eine Kontrolle herzustellen, ist es notwendig, die Spektren mit der Karbonisierung zu korrelieren. Dazu wird die Karbonisierung ebenfalls mit einer Probe, die auf der bearbeiteten Lederfläche gesprenkelt ist, quantifiziert und auf Rückstände auf der Oberfläche analysiert.

Die Ergebnisse zeigen die Korrelation zwischen dem Spektrum, den Fasertupfen und den Haftversuchen an Leder nach DIN 1392. Basierend auf diesen Ergebnissen ist es möglich, eine automatische Steuerung für die Laserbearbeitung von Lederproben zu etablieren.

Auf Grundlage der durchgeführten Untersuchungen und den gewonnenen Erkenntnissen wurde eine Wissensdatenbank erstellt, welche während des Projekts kontinuierlich mit neuen Informationen erweitert wurde. Im Ergebnis wurde ein erfolgreicher Regelungsprozess bei gleichzeitiger Identifizierung des zu bearbeitenden Leders demonstriert.

Das Ziel des Projektes wurde erreicht.

Danksagung

Wir, das Prüf- und Forschungsinstitut Pirmasens (PFI) e.V. und das Photonik-Zentrum Kaiserslautern e.V., möchten uns hiermit für die Förderung des Forschungsvorhabens AiF-Nr. 19600 N bedanken, das im Programm zur Förderung der „Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)“ aus den Haushaltsmitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e.V. erfolgte.

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