Laserschneiden

Laserschneidanlagen stehen für höchste Präzision und Geschwindigkeit


Laserschneiden mit einer MicroStep Schneidanlage

Die Idee des Lasers geht bereits auf Albert Einstein zurück. Es dauerte aber bis in die 1960er Jahre, bis aus der Idee Realität wurde. Seitdem ist der Laser in vielen Bereichen der Technik und auch der Wissenschaft unverzichtbar geworden. Die Abkürzung Laser steht für: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation („Licht-Verstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung“). Seine Eigenschaften eignen sich unter anderem für den Einsatz in der Schneidtechnik. Das Laserschneiden – auch als Laserstrahlschneiden bekannt – wird vor allem dort verwendet, wo beispielsweise Metalle bei relativ dünnen Materialstärken mit höchster Präzision und größtmöglicher Bearbeitungsgeschwindigkeit geschnitten werden müssen. Aber auch Holz oder Kunststoff kann mit dieser Technologie geschnitten werden.


LaserschneidenZoom Technisches Prinzip

Beim Laserschneiden wird der fokussierte Laserstrahl an der Schneidfront absorbiert und erzeugt auf diese Weise eine Schmelze und Metalldampf, die unmittelbar nach ihrer Entstehung mittels eines Gasstroms nach unten weg ausgeblasen werden. Zurück bleibt ein Schnittspalt, der je nach Vorschubrichtung des Laserstrahls beliebige Konturen annehmen kann.




Gaslaser oder Festkörperlaser

Es gibt verschiedene Varianten fokussierter Hochleistungslaser, die beim Laserschneiden zum Einsatz kommen. Am häufigsten genutzt werden der CO2-Laser (ein Gaslaser), auch Kohlendioxidlaser oder Kohlenstoffdioxidlaser genannt, oder der Faserlaser (Festkörperlaser). Der CO2-Laser ist die etabliertere Schneidtechnik und wird seit vielen Jahrzehnten erfolgreich eingesetzt. Konkurrenz erhält der Gaslaser seit einigen Jahren aber vermehrt durch den Faserlaser. Diese spezielle Form des Festkörperlasers überzeugt vor allem durch eine im Vergleich zum bekannten Schneidsystem hohe Wirtschaftlichkeit. Zunehmende Bedeutung beim Laserschneiden hat auch der Nd:YAG-Laser, der wie der Faserlaser zur Gruppe der Festkörperlaser zählt. Allerdings findet dieser überwiegend bei Mikrobohrungen und beim Schweißen Anwendung.


CO2-Laser

Die CO2-Laser zählen zur Gruppe der Gaslaser und werden auch Kohlendioxidlaser oder Kohlenstoffdioxidlaser genannt. Sie basieren auf einem Kohlendioxid-Gasgemisch, welches elektrisch angeregt wird. CO2-Laser punkten mit einer sehr guten Schnittqualität und werden vorwiegend bei metallischem Material aber auch bei nichtmetallischen Werkstoffen wie Holz, Textilien, Kunststoffe, Folien, Acryl, Glas, Papier und Leder eingesetzt. Mit dem Kohlendioxidlaser lassen sich im Gegensatz zum Faserlaser auch noch stärkere Edelstahlbleche mit guter Schnittgüte erreichen – auch bei hohen Vorschubgeschwindigkeiten. Der CO2-Laser ist der seit Jahrzehnten bewährte Lasertyp, der bei unterschiedlichsten Materialstärken hohe Qualität ermöglicht. Nachteil ist der zum Faserlaser vergleichsweise hohe Einsatz für Betriebs- und Wartungskosten bei den Lasergasen, bei Verschleißteilen sowie bei Verschleißteilen, die in der Laserquelle arbeiten. Der Wirkungsgrad liegt bei rund 10 Prozent.


Faserlaser

Der Faserlaser, der eine spezielle Form des Festkörperlasers darstellt, ist auf dem Vormarsch. Er punktet mit Wirtschaftlichkeit, geringen Betriebskosten und langer Lebensdauer der Verschleißteile. Dank einer zehnfach kürzeren Strahlwellenlänge im Gegensatz zum CO2-Laser eignet sich der Faserlaser auch zum Schneiden von ansonsten für den CO2-Laser schwer oder gar nicht schneidbare Materialien, insbesondere von Nichteisen-Metallen (NE-Metalle). Bei höheren Materialstärken ist ein variabler Fokusdurchmesser notwendig, um mit der Schnittqualität des Kohlendioxidlasers konkurrieren zu können. Auch die Laserquellen sind höchst effektiv und verbrauchen bei gleicher Leistung deutlich weniger Eingangsstrom. Der sogenannte Steckdosenwirkungsgrad beträgt beim Faserlaser circa 30 Prozent.


Nd:YAG-Laser

Nd:YAG-Laser zählen wie die Faserlaser zu den Festkörperlasern und sind auch unter den Bezeichnungen Kristalllaser oder Vanadat-Laser bekannt. Nd:YAG-Laser ist die Abkürzung für Neodym-dotierter Yttrium-Aluminium-Granat-Laser. Als Wirtskristall wird ein YAG-Kristall eingesetzt. Diese Technologie wird weniger beim Laserschneiden verwendet, sondern vielmehr bei der Gravur, beim Schweißen und bei Mikrobohrungen. Metalle, Metalle mit Beschichtung und Kunststoffe werden mit diesem Festkörperlaser bearbeitet. Im Gegensatz zum Faserlaser hat diese Schneidtechnik allerdings einen hohen Verschleiß an Pumpdioden. Zudem ist die Lebensdauer des Neodym-dotierten YAG-Kristalls im Gegensatz zum Faserlaser geringer.


Schneidbereich und Schnittgüte

Die Laser-Schneidtechnik erfuhr in den vergangenen Jahren eine enorme Entwicklung. Nach wie vor kommt sie vorwiegend im kleineren und kleinsten Stärkenbereich zum Einsatz. Der Schneidbereich beim modernen Laserschneiden liegt je nach Werkstoff und Leistung der Strahlquelle bei optimalen Umgebungsvariablen zwischen 0,5 und 30 mm.


Wo wird das Schneiden mit Laser eingesetzt?

Der aufgrund der stark fokussierten Laserstrahlung und der hohen Verfahrgeschwindigkeit lediglich auf einen eng begrenzten Bereich beschränkte Wärmeeintrag ins Material führt dazu, dass sich beim Laserschneiden die Bauteile nicht so stark verformen und gewährt somit im Ergebnis eine sehr hohe Präzision.

Das Laserschneiden findet vorwiegend im Bereich der Automobilindustrie, in der Feinmechanik, der Halbleiterindustrie oder bei den Herstellern von optischen Instrumenten Verwendung. Eingesetzt wird diese Schneidtechnik in allen Industriezweigen, die sich mit Metallbearbeitung und ganz allgemein mit Trenntechnik beschäftigen. Die Bandbreite der zu bearbeitenden Werkstoffe reicht von Gummi bis hin zu Diamantgestein. Überwiegend eingesetzt wird diese Schneidtechnik bei Stahlblechen aller Sorten und Güten, bei rostfreien Edelstahlblechen und bei Nichteisen-Metallen (NE-Metalle) wie Aluminium und Messing. Geeignet für den Einsatz beim Laserschneiden sind aber auch Materialien wie Titan, Plexi- oder Acrylglas, Holz oder Bronze.

Laserschneidanlage mit Rotator

Die Laser-Schneidtechnik ist prädestiniert für den Einsatz an einer CNC-Schneidanlage. Moderne Laserschneidanlagen vereinen die Vorteile des Lasers mit der Möglichkeit zur multifunktionalen Bearbeitung an einer CNC-Maschine. Heutige CNC-Laser bieten eine Vielzahl von Ausstattungsoptionen zur Bearbeitung von Blechen, Rohren und Profilen. Somit ist Schneiden, Bohren, Gewinden, Senken oder Fasenschneiden – zum Beispiel zur Schweißnahtvorbereitung – an einer Schneidmaschine möglich. Zudem können Laserschneidanlagen mit Technologien zum Plasmaschneiden kombiniert werden.

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