Das Laserschneiden…
05/12/2019

Das Laserschneiden…

Das Laserschneiden ist eine Technologie zum Schneiden von Materialien mit einem Hochleistungslaser, der üblicherweise in industriellen Produktionslinien eingesetzt wird. Ein fokussierter Laserstrahl, der normalerweise von einer CNC gesteuerten Rechenanlage kontorlliert wird, liefert eine hohe Energiekonzentration und ermöglicht das Schneiden nahezu aller Materialgruppen, unabhängig von ihren thermophysikalischen Eigenschaften.

Während des Schneidvorgangs schmilzt die Materialsubstanz des zu ausschneidenden Teilbereichs unter dem Einfluss eines Laserstrahls, entzündet sich, verdampft oder wird von einem Gasstrom ausgeblasen. Damit können genaue Schnitte mit einer minimalen thermischen Einflusszone erzeugt werden. Das Laserschneiden zeichnet sich durch die Abwesenheit mechanischer Einflüsse auf das zu bearbeitende Material aus, minimale Verformungen entstehen sowohl vorübergehend während des Schneidvorgangs als auch nach vollständiger Abkühlung. Dadurch kann das Laserschneiden ebenso leicht verformbarer und nicht starrer Werkstücke und Teile mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden. Durch die enorme Leistung der Laserstrahlung ist eine beträchtliche Produktivität des Arbeitsprozesses bei gleichzeitig anständiger Beachaffenheit der Schnittflächen gewährleistet. Die genaue und einfache Steuerung der Laserstrahlung ermöglicht das Laser-Schneiden entlang der komplexen Kontur von flachen und volumigen Teilen und Werkstücken mit einem hohen Grad an Automatisierung des Prozesses.

Der Prozess

Zum Laser-schneiden von Metallen werden technische Anlagen basierend auf Festkörper-, Faser- und Gas-CO2-Lasern eingesetzt, die sowohl im gepulsten periodischen als auch im kontinuierlichen Strahlungsmodus arbeiten. Der industrielle Einsatz des Gaslaserschneidens nimmt von Jahr zu Jahr zu, aber dieses Verfahren kann die traditionellen Methoden der Metalltrennung nicht vollständig ersetzen. Im Vergleich zu vielen Anlagen, die in der Produktion eingesetzt werden, sind die Kosten für Laserschneidanlagen immer noch hoch. Obwohl in letzter Zeit die Tendenz zu einer Kostenreduzierung besteht. In dieser Hinsicht wird das Laserschneidverfahren nur dann wirksam, wenn es eine vernünftige Wahl des Anwendungsbereichs gibt oder wenn die Verwendung herkömmlicher Verfahren mühsam oder unmöglich ist.

Die Vorteile

Das Laser-schneiden erfolgt durch Brennen von Werkteilen mit einem Laserstrahl. Diese Technik bietet viele offensichtliche Vorteile gegenüber vielen anderen Schneidemethoden:

Verarbeitete Materialien

Zum Laser-schneiden eignen sich alle Stähle aller Zustände, Aluminium und seine Legierungen sowie andere Nichteisenmetalle. Üblicherweise verwendete Bleche aus solchen Metallen:

Stahl von 0,2 mm bis 30 mm
Edelstahl von 0,2 mm bis 40 mm
Aluminiumlegierungen von 0,2 mm bis 25 mm
Messing 0,2 mm bis 12,5 mm
Kupfer von 0,2 mm bis 16 mm

Unterschiedliche Lasertypen werden für unterschiedliche Materialien verwendet.

Metalle mit geringer Wärmeleitfähigkeit lassen sich am besten bearbeiten, da sich die Laserenergie in einem minimalen Metallvolumen konzentriert. Umgekehrt kann beim Laser-schneiden von Metalllegierungen mit hoher Wärmeleitfähigkeit Grat entstehen. Viele Nichtmetalle wie Holz können ebenfalls verarbeitet werden.

Abkühlen

Der Laser und seine Optik (einschließlich der Fokussierlinsen) müssen gekühlt werden. Je nach Größe und Konfiguration der Anlage kann überschüssige Wärme durch Wärmeträger oder Luftbläser abgeführt werden. Wasser, das oft als Kühlmittel verwendet wird, zirkuliert normalerweise durch einen Wärmetauscher oder eine Kühleinheit.

Leistungsaufnahme

Der Wirkungsgrad von Industrielasern kann zwischen 3 % und 65 % variieren. Der Energieverbrauch und die Effizienz hängen von der Ausgangsleistung des Lasers, seinen Betriebsparametern und der Eignung des Lasers für einen bestimmten Auftrag ab. Bei der Bestimmung der Angemessenheit der Verwendung dieses oder jenes Lasertyps werden die Kosten des Lasers in Verbindung mit seiner Ausrüstung und die Aufwände für die Wartung und Instandhaltung des Lasers berücksichtigt. In den 10er Jahren des 21. Jahrhunderts betragen die Betriebskosten eines Faserlasers etwa die Hälfte der Betriebskosten eines Kohlendioxidlasers. Die zum Schneiden erforderliche Leistung hängt von der Art des Materials, seiner Dicke, der Verarbeitungsumgebung und der Verarbeitungsgeschwindigkeit ab.

Das Laser-schneiden erfolgt durch Durchbrennen von Blechen mit einem Laserstrahl. Ein komprimiert fokussierter Lichtstrahl bietet eine hohe Energiekonzentration und ermöglicht das Bearbeiten nahezu aller Materialien – Metall, Kunststoff, Holz – thermophysikalische Eigenschaften sind dabei zweitrangig.

Laser-schneiden im Detail

Das Laser-schneiden ist eine grundlegende Art der Metallbearbeitung, die sich durch extrem hohe Genauigkeit und hervorragende Leistung auszeichnet. Laserschneidmaschinen haben die Welt der Metallbearbeitung revolutioniert und das Verfahren zur Herstellung komplexer Metallstrukturen einfacher, schneller und erschwinglicher gemacht. Heutzutage verdrängt diese Art des Schneidens kontinuirlich andere Arten der Bearbeitung von Metallen.

Das Schneiden von Metall durch Laser ist eine einzigartige Möglichkeit, die erforderliche Produktkonfiguration für alle Druckauflagen zu geringen Kosten zu erhalten. Dieses Verfahren erfordert keine Herstellung teurer Formen und die Konfiguration der Produkte ist im Programm festgelegt und kann jederzeit umgehend bearbeitet werden. Dank des Laserschneidens haben produzierende Unternehmen die einzigartige Möglichkeit, schnell die benötigten Produkte herzustellen und die erforderlichen Korrekturen vorzunehmen.

Die Essenz des Laserschneidens

Das Laser-schneiden von Metall wird, wie der Name schon sagt, mit einem Laserstrahl durchgeführt, der mit einer speziellen Anlage erzeugt wird. Die Eigenschaften eines solchen Strahls ermöglichen es, ihn auf die Oberfläche eines kleinen Bereichs zu fokussieren und dabei Energie zu generieren, die durch eine hohe Dichte gekennzeichnet ist. Dies führt dazu, dass jedes Material aktiv zu kollabieren beginnt (zu schmelzen, zu verbrennen, zu verdampfen usw.).

Mit Laseranlagen bzw. Laserschneidmaschinen können Sie beispielsweise Energie mit einer Dichte von 108 Watt pro Quadratzentimeter auf die Oberfläche des Werkstücks konzentrieren. Um zu verstehen, wie man einen solchen Effekt erzielen kann, muss man wissen, welche Eigenschaften ein Laserstrahl hat:


+ Der Laserstrahl zeichnet sich im Gegensatz zu Lichtwellen durch die Konstanz der Wellenlänge und -frequenz (Monochromatizität) aus, die es ermöglicht, ihn mit herkömmlichen optischen Linsen auf jede Oberfläche zu fokussieren.
+ Außergewöhnlich hohe Richtwirkung des Laserstrahls und geringer Divergenzwinkel. Aufgrund dieser Eigenschaft können Laserfokussiergeräte einen Strahl mit einem enormen Fokussiereffekt erzeugen.
+ Der Laserstrahl hat eine weitere sehr wichtige Beschaffenheit – Kohärenz. Dies bedeutet, dass viele Wellenprozesse, die in einem solchen Strahl auftreten, vollständig konsistent sind und miteinander in Resonanz stehen, was zuweilen die Gesamtstrahlungsleistung erhöht.

Wenn der Lichtstrahl auf die Metalloberfläche einwirkt, erfolgen eine schnelle Erwärmung und ein anschließendes Schmelzen des zu behandelnden Bereichs. Mehrere Faktoren tragen zur schnellen Ausbreitung der Schmelzzone tief im Werkstück bei, einschließlich der Wärmeleitfähigkeit des Materials selbst. Eine weitere Einwirkung des Laserstrahls auf die Oberfläche des Produkts führt dazu, dass die Temperatur in der Kontaktzone den Siedepunkt erreicht und das verarbeitete Material zu verdampfen beginnt.


Die Verwendung von Sauerstoff als Hilfsgas beim Laser-schneiden ermöglicht die gleichzeitige Lösung so wichtiger Aufgaben wie:

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