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Laser cuttingLaser cutting

Das Laserschneiden ist ein thermisches Trennverfahren für Metalle aber auch organische Materialien (Holz), mittels Laser. Neben plattenförmigem werden zunehmend 3 dimensionale Bauteile geschnitten. Die Vorteile des Verfahrens liegen in einer präzisen, schnellen Verarbeitung, welches auch bei sehr geringen Losgrößen wirtschaftlich einsetzbar ist.

Zum Einsatz kommen, meist der CO2-Laser oder auch zunehmend Nd:YAG Laser bzw. Faserlaser.

 

Einer Laserschneidanlage besteht prinzipiell aus einer Laserstrahlquelle, einer Strahlführung und einer bewegten Fokussieroptik, zur Korrektur von Blechstärken. Der Strahl wird durch die Schneiddüse, die auch das Prozessgas auf die Bearbeitungsstelle lenkt zum Material geführt.

Beim Laserschneiden laufen gleichzeitig zwei Teilvorgänge ab. Zum einen bringt der fokussierte Laser die zum Schneiden benötigte Energie ins das Material ein. Zum anderen treibt das Prozessgas welches durch die konzentrisch zum Laser angeordnete Schneiddüse strömt den abgetragenen Werkstoff aus der Schnittfuge und schützt gleichzeitig die Fokussieroptik vor Spitzern und Dämpfe. 

Die Schnittfugen beim Laserstrahlschneiden sind meist gratbehaftet und müssen deshalb meist nachgearbeitet werden.

Das Einstechen ist der kritischste Vorgang beim Laserschneiden. Um Rückreflexionen und Metallspritzer an der Fokussieroptik zu vermeiden erfolgt das Einstechen oft gepulst und mit verringerter mittlerer Laserleistung.

Zudem kann beim Laserschneiden von Stahl an den Schnittkanten eine Aufhärtung stattfinden, wodurch die nachfolgende Bearbeitung nicht unproblematisch ist.

Je nach dem, wie der Werkstoff aus der Schnittfuge entfernt wird, wird in drei folgende Varianten unterschieden.

Laserstrahlschmelzschneiden

Beim Schmelzschneiden wird die Ausbildung der Schnittfuge durch kontinuierliche Aufschmelzen und Ausblasen des Fugenwerkstoffs mit einem reaktionsträgen oder inerten Gas erreicht. Das Gas verhindert zusätzlich die Oxidation der Oberfläche. Als Schneidgas wird meist Stickstoff eingesetzt. Der Einsatz von Argon oder Helium erfolgt trotz besserer Schneideffizienz aufgrund der deutlich höheren Kosten seltener. Der Vorteil des Verfahrens liegt in der oxidfreien Schnittfuge und begründet damit das Einsatzgebiet.

Laserstrahlbrennschneiden

Am häufigsten wird das Brennschneiden zum trennen von Eisenhaltigen Metallen verwendet. Ähnlich dem autogenen Brennschneiden wird der Werkstoff auf Entzündungstemperatur erwärmt und durch die Zugabe von Sauerstoff verbrannt. Das dabei entstehende Eisenoxid wird vom Sauerstoffstrahl ausgeblasen. Die dabei frei gewordene Energie unterstützt den Schneidvorgang erheblich, damit sind gegenüber dem Schmelzschneiden eine 5-10-fach höhere Schnittgeschwindigkeiten möglich. Es können nur Werkstoffe bearbeitet werden, deren Zündtemperatur unterhalb der Schmelztemperatur liegt. Die an den Schnittkanten verbleibenden Oxidschichten können die Weiterverarbeitung  beeinträchtigen. Hauptsächlich werden unlegierten und niedriglegierten Stählen in Einzelfällen auch Edelstähle mit diesem Verfahren getrennt.

Laserstrahlsublimierschneiden

Das Sublimierschneiden zeichnet sich durch Verdampfen des erwärmten Werkstoffs und sofortige Ausblasen der Dämpfe aus. Dies ist nur bei Werkstoffen möglich deren Übergang vom festen in den gasförmigen Zustand fast direkt geschieht, also ohne dazwischen flüssig zu werden. Die dabei entstehende Dampfkapillare ermöglicht ein tiefes Eindringen des Laserstrahls in den Werkstoff. Das Prozessgas verhindert zudem auch ein kondensieren des Dampfes in der Schnittfuge. Als Werkstoffe ohne ausgeprägten schmelzflüssigen Zustand sind beispielsweise Holz, Leder, Textilien, homogene und faserverstärkte Kunststoffe zu nennen.