Was ist Laserschneiden?

Laserschneiden ist eine thermische Bearbeitungstechnologie, die einen Laserstrahl mit hoher Energiedichte als „Schneidwerkzeug“ verwendet.

Ein fokussierter Laserstrahl kann ein metallisches oder nichtmetallisches Material schnell so weit erhitzen, dass es schmilzt, verdampft oder seine Zündtemperatur erreicht. Ein Hochdruckgasstrom (Sauerstoff, Stickstoff, Luft usw.) bläst die Schmelze anschließend weg und erzeugt so einen Spalt.

Kurz gesagt: Laserschneiden = Laserstrahl + Fokussierlinse + Hilfsgas + CNC-System. Es zeichnet sich durch hohe Geschwindigkeit, geringe Schnittfuge und hohe Präzision aus.

Welche verschiedenen Arten von Laserschneidtechnologien gibt es?

Gängige Laserschneidverfahren, abhängig vom Materialabtragsverfahren, umfassen:

1. CO2-Laserschneiden

Beim CO2-Laserschneiden wird die Laserverstärkung durch CO2-Gasemissionen erzielt. CO2-Laser gehören zu den ältesten und beliebtesten Lasertypen.

Gasemissionen beschränken sich nicht auf CO2. Sie können auch CO2, Stickstoff, Wasserstoff, Xenon und Helium umfassen.

Beim CO2-Laserschneiden gibt es zwei Möglichkeiten: die Verwendung von Sauerstoff oder Stickstoff. Sauerstoff eignet sich besser zum Laserschneiden dickerer Materialien, während Stickstoff für dünnere Bleche bevorzugt wird.

Beim CO2-Sauerstofflaserschneiden bildet sich eine Oxidschicht auf der Schnittfläche. Um dies zu vermeiden, ist eine Vorbehandlung des Werkstücks, beispielsweise Sandstrahlen, erforderlich.

2. Faserlaserschneiden

Beim Faserlaserschneiden werden optische Fasern zur Lichtverstärkung genutzt, anstatt der herkömmlichen Gasentladung. Das Licht einer Halbleiterlaserröhre durchdringt die Faser. Der resultierende Strahl ist stark genug, um Edelstahl bis zu einer Dicke von 1 cm zu schmelzen.

Der Laserstrahl wird häufig von einem leistungsstarken Luftstromsystem begleitet. Dieser Luftstrom drückt das geschmolzene Material weg und sorgt so für einen sauberen Schnitt. Die optischen Fasern dieser Laser verwenden verschiedene Elemente wie Ytterbium, Neodym, Erbium und Dysprosium.

3. Nd:YAG-Laserschneiden

Der Nd:YAG-Laser (Neodym:Yttrium-Aluminium-Granat) ist ein Festkörperlaser, dessen aktives Material ein mit einer geringen Menge Neodym (Nd) dotierter Yttrium-Aluminium-Granat-Kristall (YAG-Kristall) ist.

Dieser Laser kann gepulst oder kontinuierlich betrieben werden und emittiert Infrarotlicht mit einer bestimmten Wellenlänge, typischerweise 1064 nm.

Die Laserquelle wird mittels einer Linse im Schneidkopf auf einen Punkt von wenigen Zehntel Millimetern fokussiert, wodurch das Material, typischerweise Metall, schmilzt. Ein koaxialer Gasstrom bläst die Schmelze nach unten und erzeugt so den Schnitt.

4. Excimer-Laserschneiden

Excimerlaser werden zum präzisen Schneiden von Materialien eingesetzt. Der Laserstrahl wird computergesteuert und nutzt die Energie der Laserphotonen, um die chemischen Bindungen der Gewebemoleküle aufzubrechen, das Gewebe zu verdampfen und so den Schneideeffekt zu erzielen.

5. Direktes Diodenlaserschneiden

Dieser Laser basiert auf dem Effekt der stimulierten Emission von Strahlung in Halbleitermaterialien. In Halbleitermaterialien setzen Elektronen Energie frei, wenn sie von einem hohen auf ein niedriges Energieniveau springen.

die als Photonen emittiert werden

Halbleiterlaserröhren nutzen ein spezielles Strukturdesign und einen Dotierungsprozess, um diese Photonen innerhalb des Halbleiters wiederholt zu verstärken und zu erhöhen und so letztendlich einen hellen, hochkohärenten Strahl zu erzeugen.

Zuschneidbare Materialien

Metalle:Kohlenstoffstahl, Edelstahl, Aluminium, Kupfer, Titanlegierung usw.

Nichtmetalle:Kunststoffe, Holz, Keramik, Glas, Plexiglas, Stoff, Gummi

Verbundwerkstoffe: Sandwichmaterialien, beschichtete Metalle

Notiz: Hochreflektierende Materialien (wie reines Kupfer, Gold und Silber) sind empfindlich gegenüber Lasern und erfordern spezielle Laser (wie Faserlaser) oder Hilfsmethoden.

Welche Vorteile bietet das Laserschneiden?

Im Vergleich zu herkömmlichen mechanischen Schneidverfahren bieten Laserschneidmaschinen folgende Vorteile:

1. Hohe Schnittgeschwindigkeit:Laserschneidmaschinen verwenden einen Laserstrahl mit hoher Leistungsdichte, wodurch sie extrem dünne und dicke Materialien in sehr kurzer Zeit schneiden können, im Vergleich zu den viel längeren Zeiten, die herkömmliche mechanische Schneidverfahren benötigen.

2. Hohe Schnittgenauigkeit: Laserschneidmaschinen bieten eine außergewöhnlich hohe Präzision und erzielen sehr genaue Schnittmaße und Schnittkantenqualität. Traditionelle mechanische Schneidverfahren weisen eine geringere Präzision auf und können zu Schnittabweichungen und Graten führen.

3. Breites Sortiment an Schneidmaterialien: Laserschneidmaschinen können eine Vielzahl von metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen schneiden, darunter Kohlenstoffstahl, Edelstahl, Aluminiumlegierungen und Kunststoffe. Herkömmliche mechanische Schneidverfahren eignen sich hingegen nur für einige härtere Werkstoffe wie Stahl und Gusseisen.

4. Umweltfreundlich und energiesparend: Laserschneidmaschinen zeichnen sich durch einen geringen Energieverbrauch und die Abwesenheit von Rauch und Schadgasen aus und sind daher eine umweltfreundliche und energiesparende Schneidmethode. Herkömmliche mechanische Schneidverfahren hingegen verbrauchen viel Energie und erzeugen große Mengen an Rauch und Schadgasen.

5. Fähigkeit zum Schneiden komplexer Formen:Laserschneidmaschinen können eine Vielzahl komplexer Formen schneiden, darunter dreidimensionale und speziell geformte Teile. Herkömmliche mechanische Schneidverfahren können hingegen nur Objekte mit herkömmlichen Formen bearbeiten.

Wozu wird die Laserbearbeitung eingesetzt?

1. Bohren: Mit Lasern lassen sich präzise, ​​kleine Löcher in Materialien erzeugen, beispielsweise Löcher im Mikrometerbereich in Leiterplatten.

2. Markieren und Schneiden: Laser können für eine Vielzahl von Bearbeitungsverfahren eingesetzt werden, darunter Markieren und Schneiden, und eignen sich für die präzise Bearbeitung einer breiten Palette von Materialien.

3. Linienablation (Beschichtungsentfernung): Mit Lasern lassen sich Beschichtungen präzise entfernen, ohne das Substrat zu beschädigen oder es nur minimal zu beschädigen.

4. Mit Lasern lassen sich die physikalischen Eigenschaften der Oberfläche eines Materials verändern, beispielsweise durch die Erzeugung einer hydrophoben oder hydrophilen Oberfläche.

5. Gravur: Laser können für dreidimensionale Bearbeitungsverfahren wie die Gravur eingesetzt werden und eignen sich zur Herstellung von Produkten mit komplexen Formen.