CO2-Laser: Technik, Aufbau

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🎓 Der CO2-Laser ist ein Gaslaser, der auf einem Kohlendioxid-Gasgemisch basiert. Das aktive Medium besteht bei CO2-Lasern aus einem Kohlendioxid-Helium-Stickstoff-Gemisch. Beim CO2-Laser senden CO2-Moleküle das Laserlicht aus. Seinen Namen verdankt der Laser also seinem Lasermedium, dem Kohlenstoffdioxid. Dieser Infrarot-Laserstrahl besitzt eine Wellenlänge von 9,4 bis 10,6 µm sowie eine Pulsenergie bis 100 kJ und eine Auslastungsleistung von bis zu 80 Kilowatt.
Synonym(e): Kohlendioxidlaser, Kohlenstoffdioxidlaser


Der CO2-Laser wird umgangssprachlich auch Kohlendioxid-Laser genannt und gehört neben dem Festkörperlaser zu den leistungsstärksten Lasern. In den letzten Jahren hat der Faserlaser den CO2-Laser teilweise aus dem Markt gedrängt. Überdies werden beide Laserarten am meisten in der Industrie eingesetzt. Aufgrund seiner Eigenschaften und Merkmale kommt der Kohlenstoffdioxid-Laser überwiegend in der Metallbearbeitung zum Einsatz. Zu den Vorteilen von CO2-Lasern zählen u.a. Effizienz, Zuverlässigkeit und die verhältnismäßig kostengünstige Anschaffung und Unterhaltung des Lasers.

Faltenbehandlung mit dem fraktionierten CO2 Laser - das Verfahren einfach erklärt.

Funktionsweise

Die CO2-Moleküle bestehen jeweils aus zwei Sauerstoffatomen und einem Kohlenstoffatom. Wird das Molekül angeregt, beispielsweise durch elektrische Energie (in einem Resonator), beginnt es zu schwingen. Die Moleküle werden durch hohe Gleichspannung oder Hochfrequenz-Wechselspannung angeregt. Die unterschiedlichen Schwingungsformen der CO2 Moleküle haben verschiedene Energieniveaus. Der Laserprozess bei den CO2-Lasern umfasst ein 4-Energieniveau-System. Durch die Schwingungen kollidieren die Gase und es entstehen Photonen, die zu einem Laserstrahl gebündelt werden. Es bleiben die Photonen dabei bestehen und können neue Übergänge bilden.

Schneidgase

Beim CO2-Laser kommen verschiedene Schneidgase zum Einsatz:

  • Sauerstoff O2: Hierbei wird der Werkstoff ausgebrannt -> Laserbrennschneiden
  • Stickstoff N2: Hierbei wird der Werkstoff aus der Schnittfuge getrieben -> Laserschmelzschneiden

Mehr zum Verfahren gibt es im Wiki-Artikel Laserschneiden.

Arten und Bauformen

Es gibt verschiedene Arten und Bauformen von CO2-Lasern.

  • Längsgeströmte Laser
  • Quergeströmte Laser
  • Abgeschlossener Laser
  • TEA-Laser (Transversal excited atmospheric pressure)
  • Wellenleiterlaser (Slablaser)
  • HF angeregter Laser
  • Diffusionsgekühlte CO2-Laser (Coax-Laser)

Leistungsmerkmale CO2-Laser

  • Der Strahl eines CO2-Laser produziert Infrarotlicht mit Wellenlängen von 9,4µm und 10,6µm
  • Hohe Strahlenqualität
  • Wirkungsgrad liegt bei 15 bis 20%
  • belastbare Strahlquelle
  • Unterschiedliche Betriebsarten: Sowohl Dauerstrichbetrieb als auch Pulsbetrieb
  • kompakte Bauweise des CO2-Lasers

Anwendungsgebiete

In der Metallbearbeitungs-Branche werden diese Laser gerne beim Schweißen und Schneiden eingesetzt. Aber auch bei der Bearbeitung von Keramik und Glas erfreuen sich die Laser großer Beliebtheit.

CO2-Laser ACI Laser GmbH
CO2-Laser der ACI Laser GmbH

CO2-Laser finden in vielen Einsatzgebieten Anwendung.

CO2-Laser werden gerne zum Bearbeiten von nicht-metallischen Materialien verwendet. Hierzu zählen u.a.:

  • Holz
  • Acryl
  • Glas,
  • Papier,
  • Textilien und Leder
  • Kunststoffe
  • Folien
  • Stein

Anbieter im Markt

TRUMPF, Bystronic, Rofin

CO2-Laser kaufen

Neben den genannten Herstellern können kleine CO2-Laser auch auf Online-Plattformen und in Online-Shops wie Amazon, Ebay oder spezialisierten Händlern erworben werden. Die Preise variieren dabei sehr stark. Kleine CO2-Laser können schon ab wenigen hundert Euro erhalten werden, für große industrielle Anwendungen sind Preise über mehrere tausende oder gar zehntausende Euro möglich.

CO2-Laser gebraucht

Wie auch neue CO2-Laser sind gebrauchte Versionen online verfügbar. Dabei sind die Angebote dieselben, auch hier schwanken die Preise stark.

CO2-Laser in der Medizin

Der Kohlendioxid-Laser wird auch im medizinischen Bereich verwendet, z. B. zur Gewebeabtragung oder Gewebestraffung. So lassen sich Narben einfach entfernen.