Laserschneiden
Das thermische Trennverfahren
Plattenförmige Materialien wie Metallbleche, Holzplatten oder organische Materialien können in mit Hilfe eines Lasers in drei Dimensionen geschnitten werden, so ist es beispielsweise möglich Rohre oder Profile mittels Laserschnitt zu fertigen. Dieses Verfahren nennt man thermisches Trennverfahren.
Früher wurden Konturen mittels Leseoptik abgefahren du zeitgleich ausgebrannt oder zunächst in einen Speicher gelesen um im Anschluss an das Einlesen (auch Teachen genannt) ausgebrannt zu werden. Das thermische Trennverfahren wird in CNC Brennschneideanlagen angewandt. Eine der beliebtesten Systeme ist hierbei der Laserschnitt, da die Wärmeeinflusszone am Schneidspalt derart klein ist, dass es zu nahezu keinem Wärmeverzug kommt und somit nur ein extrem geringer Grat entsteht.
Einsatz des Laserschnitts
Wird eine kraftfreie, aber schnelle und gleichzeitig präzise Bearbeitung benötigt und sollen dennoch komplexe Umrisse erstellt werden, so setzt man den Laserschnitt ein. Eine Alternative zum Laserschnitt wäre das Stanzen, aber um auch bei sehr geringen Stückzahlen wirtschaftlich arbeiten zu können empfiehlt sich das Laserschneiden, da im Gegensatz zum Stanzen keine große Stückzahl produziert werden muss um wirtschaftlich arbeiten zu können. Mit Hilfe des Laserschnitts ist es somit möglich auch kostengünstige Unikate zu produzieren.
Laserschneiden und Stanzen in Kombination
Da sowohl das Laserschneiden, als auch das Stanzen große Vorteile in der Produktion aufweisen bieten Maschinenhersteller spezielle kombinierte Maschinen an, welche sowohl das Ausstanzen, als auch das Auslasern jeder beliebigen Kontur ermöglichen und somit sehr vielseitig und kombinierbar sind.
Welche Laser werden beim Laserschneiden eingesetzt?
Fokussierte Hochleistungsleiser, in den meisten Fällen CO2-Laser (Gaslaser) und Festkörperlaser (Nd:YAG-Laser) werden zum schneiden der Rohstoffe am häufigsten benutzt.
Gaslaser sind 4-niveau-Laser, welche im mittleren Infrarot (MIR) arbeiten. Sie sind sehr effizient und extrem preiswert, weshalb sie sehr häufig in der industriellen Materialverarbeitung eingesetzt werden. Der Leistungsgrad von Gaslasern liegt bei zehn bis zwanzig Prozent.
Festkörperlaser sind optisch angeregte Laser, bei denen das verstärkende Medium aus glasartigen und kristallinen Festkörpern besteht, wodurch sich auch der Name erklärt. In diesen Festkörpern (auch Wirtsmaterialien genannt) sind bestimmte Konzentrationen der Ionen enthalten, welche laseraktiv sind.
Wie wird beim Laserschneiden vorgegangen?
Zwei zeitgleich ablaufende Teilvorgänge sind die Zusammensetzung des Laserschneidens:
1. Der fokussierte Laserstrahl, welcher an der Schneidefront absorbiert wird bringt die zum Laserschneiden erforderliche Energie ein.
2. Die ikonzentrisch zum Laser angebrachte Schneidedüse, welche das Prozessgas bereitstellt, schützt die Fokussieroptik vor Spritzern und Dämpfen und treibt das abgetragene Rohmaterial ais der Schnittfuge.
Abhängig von der Temperatur im Wirkungsbereich und der zugefügten Prozessgasart erhält der Fugenwerkstoff unterschiedliche Aggregatzustände (Flüssigkeit, Dampf, Oxidationsprodukt) wodurch die drei Arten des Laserschneidens unterschieden werden.
Die drei Varianten des Laserschneidens
Je nachdem in welchem Aggregatzustand der Rohstoff aus der Schnittfuge entfernt wird unterscheidet man zwischen dem Laserstrahlschmelzschneiden, Laserstrahlbrennschneiden und dem Laserstrahlsublimierschneiden.
Woraus besteht eine Laserschneidmaschine?
Die drei wichtigsten Bestandteile einer Laserschneidmaschine sind zum einen die Laserstrahlquelle und die Strahlführung und zum anderen die in den meisten Fällen bewegliche Fokussieroptik. Die Fokussieroptik kann entweder ein Hohlspiegel oder eine Sammellinse sein.
Der Laserstrahl wird durch ein Lichtleitkabel (Festkörperlaser) oder Umlenkspiegel (Gaslaser) zur Fokussieroptik geführt, welche die zum schneiden erforderlichen Leistungsdichten in der Laserschneidemaschine erzeugt.
Welche Gefahren muss man beim Laserschneiden beachten?
Durch die derart hohe Leistung des Lasers beim Laserschneiden können gestreute und reflektierte Anteile des Laserstrahls zu Haut- und Augenschäden führen, daher befindet sich der Laserstrahl zumeist in einer geschlossenen Kabine, welche nur bei abgeschaltetem Laserstrahl geöffnet werden kann.
Beim Laserschneiden von hochlegierten Stählen treten die Bestandteile der Legierung beim Laserschneiden in Erscheinung. Diese Legierungsbestandteile können beispielsweise Cobalt, Nickel oder auch Chrom sein, welche gesundheitsschädlich sein können.
Sehr problematisch ist die Bearbeitung von PVC und PTFE (halogenhaltige organische Materialien) beim Laserschneiden, da hochgiftige stark ätzende Gase wie Chlorwasserstoff und Fluorwasserstoff beim Laserschneiden entstehen.
Was ist bei der Arbeitsvorbereitung beim Laserschneiden zu beachten?
Beim Offline-Programmieren der Schneidekonturen, welche sowohl zwei-, als auch dreidimensional sein können, werden hauptsächlich CAD/CAM-Systeme eingesetzt.
Häufig direkt an der Maschinensteuerung erfolgt die Aufbereitung der erstellten geometrischen Daten. Zur Aufbereitung der Daten zählen zum einen materialsparende Anordnungen (um Rohstoffe und somit Geld einsparen zu können), die Aufstellung der Schnittreihenfolge und die Konturenerfassung.
Das bei der Arbeitsvorbereitung eingesetzte Computerprogramm ermöglicht teilweise (je nach Programm) die Ermittlung der Bearbeitungszeit und die Errechnung der erforderlichen Rohstoffmenge, auch die Schnittlänge kann ermittelt werden.