![Grundkenntnisse der Laserschneidtechnologie 1]()
Laserschneiden zählt zu den fortschrittlichsten Schneidverfahren weltweit. Es eignet sich sowohl für Metalle als auch für Nichtmetalle. Ob in der Automobilindustrie, im Maschinenbau oder in der Haushaltsgeräteindustrie – überall sieht man Spuren des Laserschneidens. Laserschneiden zeichnet sich durch hohe Präzision, Flexibilität, die Möglichkeit, unregelmäßige Formen zu schneiden, und hohe Effizienz aus. Es löst Herausforderungen, an denen traditionelle Methoden gescheitert sind. Heute vermitteln wir Ihnen einige Grundlagen der Laserschneidtechnologie.
Funktionsprinzip des Laserschneidens
Beim Laserschneiden kommt ein Lasergenerator zum Einsatz, der einen hochenergetischen Laserstrahl aussendet. Dieser Strahl wird anschließend von einer Linse fokussiert und erzeugt einen winzigen, hochenergetischen Lichtpunkt. Durch die Fokussierung dieses Lichtpunkts auf geeignete Stellen absorbiert das Material die Energie des Laserlichts und verdampft, schmilzt, wird abgetragen oder erreicht den Zündpunkt. Anschließend werden die Materialreste durch Druckluft (CO₂, Sauerstoff, Stickstoff) weggeblasen. Der Laserkopf wird von einem programmgesteuerten Servomotor angetrieben und bewegt sich entlang der vorgegebenen Bahn über das Material, um Werkstücke unterschiedlicher Formen auszuschneiden.
Kategorien von Lasergeneratoren (Laserquellen)
Licht lässt sich in verschiedene Farbspektren einteilen, z. B. Rot, Orange, Gelb, Grün usw. Es kann von Objekten absorbiert oder reflektiert werden. Auch Laserlicht ist Licht. Laserlicht mit unterschiedlichen Wellenlängen besitzt unterschiedliche Eigenschaften. Das Verstärkungsmedium des Lasergenerators, also das Medium, das elektrische Energie in Laserlicht umwandelt, bestimmt Wellenlänge, Ausgangsleistung und Anwendungsbereich des Lasers. Dieses Medium kann gasförmig, flüssig oder fest sein.
1. Der typischste Gaslaser ist der CO2-Laser;
2. Zu den typischsten Festkörperlasern gehören Faserlaser, YAG-Laser, Laserdioden und Rubinlaser;
3. Flüssigphasenlaser verwenden bestimmte Flüssigkeiten, wie z. B. organische Lösungsmittel, als Arbeitsmedium zur Erzeugung von Laserlicht.
Unterschiedliche Materialien absorbieren Laserlicht unterschiedlicher Wellenlängen. Daher muss der Lasergenerator sorgfältig ausgewählt werden. In der Automobilindustrie wird am häufigsten der Faserlaser eingesetzt.
Die Betriebsmodi der Laserquelle
Eine Laserquelle verfügt oft über 3 Betriebsmodi: Dauerbetrieb, Modulationsbetrieb und Pulsbetrieb.
Im kontinuierlichen Betrieb ist die Ausgangsleistung des Lasers konstant. Dadurch wird die in das Material eindringende Wärme relativ gleichmäßig verteilt, was sich für schnelles Schneiden eignet. Dies kann nicht nur die Arbeitseffizienz verbessern, sondern auch die Auswirkungen der Wärmeeinflusszone verringern.
Im Modulationsmodus ist die Ausgangsleistung des Lasers proportional zur Schnittgeschwindigkeit. Durch die Begrenzung der Leistung an jedem Messpunkt wird die Wärmeeinbringung in das Material relativ gering gehalten, um ungleichmäßige Schnittkanten zu vermeiden. Da die Steuerung etwas komplex ist, ist die Arbeitseffizienz gering und der Einsatz auf kurze Zeiträume beschränkt.
Der Pulsmodus lässt sich in normalen Pulsmodus, Superpulsmodus und superintensiven Pulsmodus unterteilen. Die Hauptunterschiede liegen jedoch lediglich in der Intensität. Anwender können ihre Entscheidung anhand der Materialeigenschaften und der Präzision der Konstruktion treffen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Laser häufig im Dauerstrichbetrieb arbeiten. Um jedoch bei bestimmten Materialien eine optimale Schnittqualität zu erzielen, ist es notwendig, die Vorschubgeschwindigkeit anzupassen, beispielsweise die Beschleunigung, die Schnittgeschwindigkeit und die Verzögerung beim Drehen. Daher reicht es im Dauerstrichbetrieb nicht aus, lediglich die Leistung zu reduzieren. Die Laserleistung muss durch die Pulsfrequenz reguliert werden.
Die Parametereinstellung beim Laserschneiden
Je nach Produktanforderungen müssen die Parameter unter verschiedenen Arbeitsbedingungen kontinuierlich angepasst werden, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Die nominelle Positioniergenauigkeit beim Laserschneiden beträgt bis zu 0,08 mm, die Wiederholgenauigkeit bis zu 0,03 mm. In der Praxis liegt die minimale Toleranz jedoch bei ±0,05 mm für die Öffnung und ±0,2 mm für die Bohrung.
Unterschiedliche Materialien und Materialstärken erfordern unterschiedliche Schmelzenergie. Daher variiert die benötigte Laserleistung. In der Produktion müssen Hersteller ein Gleichgewicht zwischen Produktionsgeschwindigkeit und Qualität finden und die passende Laserleistung sowie Schnittgeschwindigkeit wählen. So wird der Schnittbereich optimal mit Energie versorgt und das Material effizient geschmolzen.
Der Wirkungsgrad der Laserumwandlung von Elektrizität in Laserenergie liegt bei etwa 30–35 %. Das bedeutet, dass bei einer Eingangsleistung von ca. 4285–5000 W die Ausgangsleistung nur etwa 1500 W beträgt. Der tatsächliche Stromverbrauch ist deutlich höher als die Nennausgangsleistung. Da zudem gemäß dem Energieerhaltungssatz überschüssige Energie in Wärme umgewandelt wird, ist der Einsatz eines industriellen Wasserkühlers erforderlich.
S&A ist ein zuverlässiger Hersteller von Kältemaschinen mit 19 Jahren Erfahrung in der Laserindustrie. Die von S&A produzierten Industrie-Wasserkühler eignen sich zur Kühlung einer Vielzahl von Lasern, darunter Faserlaser, CO₂-Laser, UV-Laser, Ultrakurzpulslaser, Laserdioden und YAG-Laser. Alle S&A-Kühlmaschinen sind mit bewährten Komponenten ausgestattet, um einen störungsfreien Betrieb zu gewährleisten und Anwendern somit ein sicheres Gefühl zu geben.
![Industrieller Wasserkühler]( "Industrieller Wasserkühler")
