Laserschneiden das berührungslose
und präzise Schneidverfahren

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Qualität der Lasertechnik Made in Germany

Grundlagen und Einordung der Laserschneidtechnik

Wie funktioniert Laserschneiden und welche Verfahren gibt es? Antworten auf diese und weitere Fragen erhalten Sie nachfolgend in einfachen Worten erklärt. Dabei konzentrieren sich die Informationen ausschliesslich auf das Laserschneiden mit den praxisrelevanten Eigenschaften der einzelnen Verfahren.

Was bedeutet Laser?

“Laser” bedeutet übersetzt ins Deutsche “Lichtverstärkung durch stimulierte Emission”. Die Verstärkung des Lichts wird durch die Absorption und Abstrahlung von Energie erreicht. Die dafür benötigte Energiezufuhr kommt von  einer Laserquelle, welche einen Laserstrahl von hoher Intensität erzeugt. Dieser wird mit einer Fokussierlinse gebündelt, weshalb sich im Fokus des Laserstrahls eine hohe Leistungsdichte bildet und der Werkstoff somit punktgenau geschmolzen oder verdampft wird. So steht der Laser als High-Tech Werkzeug der Materialbearbeitung zur Verfügung und ist gerade im Trennen von Werkstoffen zu einer unverzichtbaren Basistechnologie geworden.

Welche Lasertypen gibt es?

Unterschied nach der Signalform

  • Dauerstrichlaser
  • Gepulste Laser

Einteilung nach dem Lasermedium

  • Gaslaser
  • Farbstofflaser
  • Festkörperlaser
  • FEL-Laser

Was ist Laserschneiden?

Der Laser ist in der heutigen Fertigungsindustrie zu einem unverzichtbaren High-Tech Werkzeug geworden und wird auch weiterhin an Bedeutung gewinnen, da ständig neue Anwendungsmöglichkeiten erschlossen werden. So ist speziell das Laserschneiden an Präzision kaum zu übertreffen. Die Entwicklung von innovativen Faserlasern haben den Laser gerade in der Blechbearbeitung zum wirtschaftlichsten Trennverfahren werden lassen. Dabei können sowohl plattenförmige Werkstoffe als auch 3D-Körper wie Rohre oder Profile präzisionsgenau und gratfrei geschnitten werden, weshalb bei den meisten Materialien eine mechanische Nachbearbeitung entfällt. Je nach Anforderung und Werkstoff kommen dabei unterschiedliche Lasertypen mit dem passenden Laserschneidverfahren zum Einsatz.

Die Vorteile auf einen Blick

  • Hohe Schnittgeschwindigkeiten
  • Optimale Gratfreiheit
  • Geringer Wärmeeinfluss
  • Perfekte Maßgenauigkeiten
  • Beste Materialausnutzung
  • Kurze Bearbeitungszeiten
Wie erfolgt der Fertigungsprozess?

CNC-Laserschneiden bewältigt einfache wie anspruchsvolle Schneidaufgaben auf höchstem Qualitätsniveau. Die gebündelten Lichtstrahlen werden mit Gasen (CO2-Laser) oder von Kristallen (Festkörperlaser) erzeugt und mit einem Linsensystem auf eine sehr kleine Stelle der Werkstoffoberfläche fokussiert. Dadurch wird eine hohe Energiedichte erzeugt, welche den Werkstoff schmelzen oder verdampfen lässt. Ist der Werkstoff vollständig durchdrungen bewegt sich der Laserstrahl entlang der vorgegebenen Teilekontur und der eigentliche Schneidprozess beginnt. Gleichzeitig bündelt die Schneiddüse die Prozessgase, welche das abgetragene Material aus der Schnittfuge entfernen und die Fokussieroptik vor Beschädigungen schützen. Der dabei entstehende Schneidspalt ist kaum breiter als der fokussierte Laserstrahl selbst, weshalb Schnitte mit erzielbaren Toleranzen bis +/- 0.1 mm/m gefertigt werden können. Die Toleranzen sind durchschnittliche Richtwerte, da diese vom jeweiligen Schneidverfahren und der Teilegeometrie beeinflusst werden. Auch ist die Schnittgeschwindigkeit von verschiedenen Faktoren abhängig, doch lassen sich je nach Werkstoff und Dicke Geschwindigkeiten von bis zu 40 m/min erreichen.

Funktionsprinzip des Laserschnitts

laserschneiden-funktion

Welche Verfahren gibt es?

Je nach Anforderung und Material kommen beim Laserschneiden unterschiedliche Verfahren zum Einsatz. Dabei wird zwischen den Verfahren Laserschmelzschneiden, Laserbrennschneiden und Lasersublimierschneiden unterschieden. Nachfolgend finden Sie die einzelnen Verfahrensbeschreibungen.

Laserschmelzschneiden

Dieses Verfahren beruht auf einem kontinuierlichen Aufschmelzen und Ausblasen des Schneidwerkstoffes mit einem Gas. Dabei ist die Schnittgeschwindigkeit beim Laserschmelzschneiden abhängig von der verfügbaren Laserleistung. Auch wird die Schnittqualität von Faktoren wie der Fokuslage, Schnittgeschwindigkeit, Intensitätsverteilung und dem Gasdruck beeinflusst. Im Allgemeinen kommt das Laserschneiden mit Gas beim Trennen von Aluminium- und Nichteisenmetallen zum Einsatz, oder wenn oxidfreie Schnittkanten bei Edelstählen gefordert sind.

Die Verfahren auf einen Blick

Laserbrennschneiden

Bei dieser Technik wird der Werkstoff durch einen Laserstrahl auf Entzündungstemperatur erwärmt und die verbrannten Oxide mit einem Sauerstoffstrahl aus der Schnittfuge geblasen. Mit wasserstrahlgeführte Lasern kann die Wärmebeeinflussung der Kanten verringert werden. Auch ist ein größerer Abstand des Schneidkopfes zum Werkstück möglich. So können mit dem Laserbrennschneiden auch Werkstoffe der Halbleitertechnik bearbeitet und dreidimensionale Schnitte optimal durchgeführt werden.

Grafik mit Details zu kurzen und langen gepulsten Lasern

Lasersublimierschneiden

Das Sublimieren beruht auf dem Verdampfen des Werkstoffes und dem sofortigen Ausblasen der beim Schneidvorgang entstehenden Dämpfe. Dadurch können sowohl organische als auch anorganische Materialien präzise und sicher geschnitten werden. Dabei sind die gefertigten Laserzuschnitte immer gratfrei, weshalb eine mechanische Nachbearbeitung in den meisten Fällen entfällt. Gerade Kunststoffe wie PMMA können durch Sublimierschneiden mit transparenten, glatten Schnittkanten bearbeitet werden.

3D-Laserschneiden

3D-Laserschneiden bietet einzigartige Möglichkeiten bei der Fertigung von dreidimensionalen Bauteilen. Dabei werden beim Bearbeitungsprozess Arbeitsgänge wie Lochen, Schlitzen, Beschneiden und das Einbringen von Konturen jeder Art in einer Aufspannung erledigt. Auch sind präzise Maßgenauigkeiten verbunden mit einer optimalen Schnittqualität gewährleistet. So lassen sich Tiefziehteile, Gehäuse, Rohre, Profile und Hohlkörper bis zu komplexen Baugruppen wirtschaftlich mit dem fertigen.

Maschinen und Anlagenkomponenten

Bedeutende Elemente einer Laserschneidanlage sind die Strahlquelle, Schneiddüse und die Führung des Laserstrahls. Der ausgehende Laserstrahl wird bei YAG-Lasern, Scheibenlasern und Faserlasern über ein Lichtleitkabel mit einem Umlenkspiegel zur bearbeitenden Stelle an die Fokussieroptik geleitet. Diese bündelt im Fokus den Strahl und erzeugt somit die erforderliche Energie zum Schneiden. Ohne gebündelten Laserstrahl würden bei verschiedenen Bearbeitungspositionen der Strahldurchmesser häufig wechseln, welches zu unterschiedlichen F-Zahlen (Blendenzahlen) und Intensitäten führt. Die wassergekühlten Spiegel bestehen aus Silizium oder Kupfer und sind gold- oder molybdänbeschichtet.

2D-Laserbearbeitung

Die 2D-Laserbearbeitung kommt zum Einsatz, wenn Zuschnitte mit komplexen Strukturen und Geometrien geschnitten werden sollen. Dabei können sowohl dünne als auch dicke Materialstärken wirtschaftlich bearbeitet werden. Beim Bearbeitungsprozess ist eine optimale Kantenqualität und Maßgenauigkeit gewährleistet. Gerade bei der Fertigung von Frontplatten und bei kurzfristigen Terminvereinbarungen kommt das 2D-Laserschneiden zur Anwendung.

Laserfeinschneiden

Laserfeinschneiden ermöglicht das CNC-gesteuerte Schneiden feinster Konturen mit Maßgenauigkeiten im Mikrobereich. Gerade auf dem Gebiet der Blechverarbeitung findet dieses Schneidverfahren Anwendung bei der Bearbeitung von Blechen, Rohren und 3D-Bauteilen mit max. 2 mm Materialstärke. So können Feinschneidteile für die Uhren- und Schmuckindustrie, Apparatebau und der Medizintechnik äußerst flexibel und hochdynamisch gefertigt werden.

Welche Werkstoffe können geschnitten werden?

Laserschneiden ermöglicht eine präzise Bearbeitung aller schmelzbaren Werkstoffe mit Qualitätsschnitten bis 50 mm Stärke. Doch ist der technische Aufwand beim Schneiden der einzelnen Werkstoffgruppen verschieden aufwendig. So ist die Leistungsdichte beim Lasern von Stahl wesentlich geringer als beim Bearbeiten von Messing oder Aluminium, da diese Werkstoffe über eine hohe Wärmeleitfähigkeit und stark spiegelnde Oberflächen verfügen, weshalb eine höhere Leistungsdichte des Laserstrahls erforderlich ist. So kommen je nach Material unterschiedliche Lasersysteme zum Einsatz, weshalb Metalle, Kunststoffe, Papier, Holz, Leder und viele weitere Werkstoffe gratfrei und ohne mechanische Bearbeitung mit dem Laser geschnitten werden können.

Fazit zum Laserschneiden

Trotz umfangreicher Arbeitsschutzmaßnahmen sowie hoher Anlagen- und Energiekosten hat das Laserschneiden in der heutigen Fertigungsindustrie einen großen Stellenwert. So können mit dem Laser nahezu alle Werkstoffe auf höchstem Qualitätsniveau und mit hohen Schnittgeschwindigkeiten geschnitten werden. Auch ist eine hohe Flexibilität gewährleistet, da mehrere Arbeitsschritte in einem Arbeitsgang möglich sind, weshalb das Schneiden mit dem Laser ein überzeugendes Preis-Leistungs-Verhältnis bietet.

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