Laserschneiden

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Laserschneiden, auch Laserstrahlschneiden genannt, ist ein Trennverfahren mit einem Laser für plattenförmiges Material, z.B. Stahl, Aluminium aber auch Holz. Die Lasertechnik kommt somit oft für die Blechvearbeitung zum Einsatz. Diese Technologie wurde vor mehr als zwei Jahrzehnte in die Industrie-Praxis eingeführt. Dabei wirkt ein stark fokussierter und hochenergetischer Laserstrahl auf ein Werkstück ein, wodurch eine Schmelze und Metalldampf entstehen, welche durch ein Hochdruck-Gasstrom ausgeblasen werden. Es entsteht durch den Laserstrahl ein Schneidspalt bzw. Schnittfuge, der je nach Laserstrahl eine beliebige Schnittkante haben kann. Mit dem Laserschneiden können unterschiedlichste Schneideaufgaben bewältigt werden. Einerseits gehören zu diesen Aufgaben millimetergenaue Schnittfugen in hauchdünnen Materialien und andererseits Schnitte in Metalle bis zu 30 mm Dicke. Zum Laserschneiden können verschiedene Laser-Typen verwendet werden. In der Industrie sind hauptsächlich CO2-Laser und Faserlaser im Einsatz.

Laserschneiden
Prinzip des Laserschneidens

Laserstrahlschneide Verfahren

Beim Laserschneiden wird je nach Werkstoff- und Gasart nach drei unterschiedliche Verfahren unterschieden.

Laserstrahlschmelzschneiden

Das Laserstrahlschmelzschneiden, ist ein berührungsloses Laserschneide-Verfahren, welches häufig zum Schneiden von Edelstahl und Aluminiumlegierungen verwendet wird. Beim Laserstrahlschmelzschneiden wird das zu verarbeitende Werkstück örtlich durch einen Laserstrahl aufgeschmolzen. Genauer erfolgt ein Schneiden des Werkstoffes durch gleichbleibendes Aufmelzen des Schneidspaltes mit einem reaktionsarmen Gas, welches das geschmolzene Werkstoff entfernt und somit ein Oxidieren der Schneidefläche verhindert. Als Prozessgas wird beim Schneiden häufig Stickstoff oder Argon eingesetzt, welche eine chemische Reaktion des Werkstoffes unterbinden. Eine Nachbearbeitung der Schnittkanten ist beim Laserstrahlschmelzen nicht nötig, da die Schneideflächen nicht oxidieren und somit beim Schneidvorgang keine Gratbildung am Schnittspalt entsteht. Zu bemerken ist, dass der Schneideprozess beim Laserstrahlschmelzschneiden durch einen leistungsstarken Festkörperlaser erfolgen sollte, um ein gute Schnittqualität zu erreichen. Weiterhin kann die Schnittqualität des Verfahrens durch Faktoren wie Vorschubgeschwindigkeit, Schneidgasdruck, Fokuslage und die Stärke der Laserquelle beeinflusst werden. Das Schmelzschneiden kann bei allen schmelzbaren Werkstoffen eingesetzt werden.

Laserstrahlbrennschneiden

Beim Laserstrahlbrennschneiden wird das zu verarbeitende Werkstück örtlich durch den Laserstrahl so stark erwärmt, dass nach Aufschmelzung eine spontane Verbrennung einsetzt. Mit einem Sauerstoffstrahl, welcher auf die erwärmte Stelle strömt, wird der Werkstoff größtenteils verbrannt. Die dabei entstehenden Eisen-Oxide (Schlacke) werden mit Metallschmelze vermischt und durch den Sauerstoffstrahl ausgetrieben, wodurch die Schnittfuge entsteht. Der Sauerstoff als Gas dient hier als zusätzlicher Energielieferant (bis zu 5-fache der Laserenergie) aufgrund der exothermen Reaktion (Oxidation) mit dem Werkstoff. Zu bemerken ist, dass bei diesem Laserschneiden eine mechanische Nachbearbeitung notwendig ist, da es zum Oxidieren der Schneideflächen während des Verfahrens kommt. Durch die Oxidation entsteht Gratenbildung an den Schnittkanten, welche jedoch durch Einstellen der Verfahrensparamter vermieden werden kann. Die Anwendung dieses Verfahrens eignet sich für eisenhaltige metallische Materialien, beispielsweise wird es am häufigsten in der Blechverarbeitung von Stahl genutzt. Als Besonderheit dieses Verfahrens kann die hohe Schnittgeschwindigkeit genannt werden. Eine weitere Besonderheit ist, dass durch dieses Laserschneide-Verfahren dicke Materialien bis zu einer Stärke von 30 mm getrennt werden können.

Laserstrahlsublimierschneiden

Beim Laserstrahlsublimieren ist die Verdampfung des erwärmten Werkstoffs ausschlaggebend. Dies bedeutet, dass Werkstoffe von einem festen Zustand, ohne flüssig zu werden, in einen gasförmigen Zustand übergehen (Sublimation). Deshalb wird dieses Verfahren bei Werkstoffen ohne ausgeprägten schmelzflüssigen Zustand eingesetzt. Dabei bläßt das Prozessgas (Luft, Stickstoff, Argon oder Helium) nicht nur den Dampf, der bei der Sublimation des Werkstoffes entsteht, aus der Schnittfuge, sondern verhindert auch gleichzeitig das Kondensieren des Dampfes an dieser Stelle. Kurz, der Materialdampf erzeugt in der Schnittfuge einen hohen Druck, welcher dafür sorgt, dass die Schmelze nach oben und unter herausschleudert wird.

Besonders eignet sich dieses Verfahren zum Schneiden von organischen Materialien wie z.B.:

  • Holz
  • Pappe
  • Leder
  • Textilien
  • homogene und faserverstärkte Kunststoffe.


Die Schnittkante, die bei diesem Verfahren entsteht, ist gratfrei und glatt. Dieses Verfahren eignet sich besonders für Schneideaufgaben, die besonders fein sind, beispielsweise das Schneiden von Stents in der Medizintechnik.

Vor- und Nachteile von Laserschneiden

Vorteile

Der Laser ist im allgemeinen ein sehr flexibles Werkzeug, womit unterschiedliche Materialien von verschiedener Dicke geschnitten werden können. Beim Laserschneiden ist der Schneidespalt sehr schmal und die Qualität des Schneidens im verlgeich zu anderen Schneideverfahren sehr gut. Abhängig von der Laserschneide-Anlage sind alle Materialien schneidbar. Weiterhin kann je nach Werkstoff und Laserschneide-Verfahren eine saubere, schmale und oft auch nachbearbeitungsfreie Schnittkante erzielt werden. Zusätzlich dazu bietet das Laserschneiden eine hohe Materialausnutzung und ist deshalb sehr wirtschaftlich. Das Gravieren bzw. Kennzeichnen und Schneiden von Produkten ist oft mit der gleichen Strahlquelle und innerhalb desselben Arbeitsgangs möglich.

Nachteile

Zu den Nachteilen dieser Lasertechnik werden unter anderem hohe Anlagenkosten, strenger Arbeitsschutz, je nach Laserstrahlquelle ein hoher Energieeinsatz und der Gasverbrauch gezählt.

Anbieter für Laserschneiden & Hersteller von Laserschneidanlagen

  • Rofin Sinar Technologies Inc.
  • Epilog Laser
  • Gödeke Metall & Laser Technik GmbH
  • TRUMPF GmbH + Co. KG
  • MWW LaserDesign GmbH
  • Krol - Laser GmbH

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