Wie funktioniert ein Laserschneider?

.Warum Laser zum Schneiden verwendet werden?

Laser, die Abkürzung für „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation“ (Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung), findet in vielen Lebensbereichen Anwendung. Beim Einsatz in Schneidemaschinen ermöglicht der Laser hohe Schnittgeschwindigkeiten, geringe Umweltbelastung, einen reduzierten Materialverbrauch und eine kleine Wärmeeinflusszone. Gleichzeitig ist die photoelektrische Umwandlungsrate von Laserschneidmaschinen bis zu doppelt so hoch wie die von CO₂-Schneidmaschinen. Die Wellenlänge des Faserlasers beträgt 1070 Nanometer, wodurch eine höhere Absorptionsrate erzielt wird, was insbesondere beim Schneiden dünner Metallplatten von Vorteil ist. Diese Vorteile machen das Laserschneiden zur führenden Technologie für die Metallbearbeitung und führend in der Zerspanungs- und Fertigungsindustrie, beispielsweise beim Blechschneiden und im Automobilbereich.

Wie funktioniert ein Laserschneider?

I. Laserbearbeitungsprinzip

Der Laserstrahl wird zu einem Lichtfleck mit sehr kleinem Durchmesser fokussiert (der minimale Durchmesser kann unter 0,1 mm liegen). Im Laserschneidkopf durchdringt dieser hochenergetische Strahl eine spezielle Linse oder einen gekrümmten Spiegel, wird in verschiedene Richtungen reflektiert und trifft schließlich auf das zu schneidende Metallobjekt. An der Schnittstelle schmilzt, verdampft oder abgetragen das Metall rasch oder erreicht den Zündpunkt. Das verdampfende Metall bildet Löcher, durch die anschließend ein Hochgeschwindigkeits-Luftstrom durch eine koaxial zum Strahl angeordnete Düse eingesprüht wird. Der hohe Druck dieses Gases entfernt das flüssige Metall und erzeugt so Schnitte.

Laserschneidmaschinen nutzen Optik und computergesteuerte numerische Steuerung (CNC), um den Strahl oder das Material zu führen. In der Regel wird dabei ein Bewegungssteuerungssystem eingesetzt, um den CNC- oder G-Code des Musters zu verfolgen, das in das Material geschnitten werden soll, um das Schneiden verschiedener Muster zu ermöglichen.

II. Wichtigste Laserbearbeitungsverfahren

1) Laserschmelzschneiden

Beim Laserschmelzschneiden wird die Energie des Laserstrahls genutzt, um das Metallmaterial zu erhitzen und zu schmelzen. Anschließend wird komprimiertes, nicht oxidierendes Gas (N2, Luft usw.) durch die mit dem Strahl koaxiale Düse eingesprüht und das flüssige Metall mithilfe des starken Gasdrucks entfernt, um eine Schnittnaht zu erzeugen.

Das Laserschmelzschneiden wird hauptsächlich zum Schneiden von nicht oxidierenden Werkstoffen oder reaktiven Metallen wie Edelstahl, Titan, Aluminium und deren Legierungen eingesetzt.

2) Laser-Sauerstoffschneiden

Das Prinzip des Laser-Sauerstoff-Schneidens ähnelt dem Autogenschneiden. Es nutzt den Laser als Vorwärmquelle und ein aktives Gas wie Sauerstoff als Schneidgas. Das ausgestoßene Gas reagiert mit dem Metall und erzeugt dabei eine große Menge an Oxidationswärme. Diese Wärme reicht aus, um das Metall zu schmelzen. Gleichzeitig werden geschmolzene Oxide und geschmolzenes Metall aus der Reaktionszone herausgeblasen und erzeugen so die Schnitte im Metall.

Das Laser-Sauerstoffschneiden wird hauptsächlich für leicht oxidierbare Metalle wie Kohlenstoffstahl eingesetzt. Es eignet sich auch zur Bearbeitung von Edelstahl und anderen Werkstoffen, allerdings ist die Schnittfläche schwarz und rau. Die Kosten sind im Vergleich zum Schutzgasschneiden geringer.