Einige Grundkenntnisse der Laserschneidtechnologie

Funktionsprinzip des Laserschneidens

Beim Laserschneiden wird ein Lasergenerator eingesetzt, der einen energiereichen Laserstrahl aussendet. Der Laserstrahl wird durch eine Linse fokussiert und bildet einen winzigen, energiereichen Lichtpunkt. Durch die Fokussierung des Lichtpunkts auf geeignete Stellen absorbieren die Materialien die Energie des Laserlichts und verdampfen, schmelzen, tragen ab oder erreichen den Zündpunkt. Anschließend werden die Abfallrückstände durch Hochdruck-Hilfsluft (CO2, Sauerstoff, Stickstoff) weggeblasen. Der Laserkopf wird von einem programmgesteuerten Servomotor angetrieben und bewegt sich entlang einer vorgegebenen Route auf dem Material, um Werkstücke unterschiedlicher Formen auszuschneiden.

Kategorien von Lasergeneratoren (Laserquellen)

Licht kann in rotes, oranges, gelbes, grünes Licht usw. unterteilt werden. Es kann von Objekten absorbiert oder reflektiert werden. Auch Laserlicht ist Licht. Laserlicht unterschiedlicher Wellenlängen hat unterschiedliche Eigenschaften. Das Verstärkungsmedium des Lasergenerators, also das Medium, das Elektrizität in Laserlicht umwandelt, bestimmt Wellenlänge, Ausgangsleistung und Anwendung des Lasers. Das Verstärkungsmedium 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. Flüssiglaser verwenden Flüssigkeiten wie organische Lösungsmittel als Arbeitsmedium zur Erzeugung von Laserlicht.

Verschiedene Materialien absorbieren Laserlicht unterschiedlicher Wellenlängen. Daher muss der Lasergenerator sorgfältig ausgewählt werden. In der Automobilindustrie wird am häufigsten der Faserlaser eingesetzt.

Die Arbeitsmodi der Laserquelle

Laserquellen verfügen häufig über drei Arbeitsmodi: Dauerbetrieb, Modulationsmodus und Pulsmodus.

Im Dauerbetrieb ist die Ausgangsleistung des Lasers konstant. Dadurch gelangt relativ gleichmäßig Wärme in das Material und eignet sich daher für das Schnellschneiden. Dies kann nicht nur die Arbeitseffizienz verbessern, sondern auch die Wirkung der Wärmeeinflusszone verschlechtern.

Im Modulationsmodus entspricht die Ausgangsleistung des Lasers der Funktion der Schnittgeschwindigkeit. Durch die Leistungsbegrenzung an jeder Stelle kann die in das Material eindringende Wärme relativ gering gehalten werden, um ungleichmäßige Schnittkanten zu vermeiden. Da die Steuerung etwas kompliziert ist, ist die Arbeitseffizienz nicht hoch und der Laser kann nur für kurze Zeit verwendet werden.

Der Pulsmodus kann in den normalen Pulsmodus, den Superpulsmodus und den superintensiven Pulsmodus unterteilt werden. Die Hauptunterschiede liegen jedoch nur in der Intensität. Benutzer können eine Entscheidung basierend auf den Materialeigenschaften und der Präzision der Struktur treffen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Laser oft im Dauerbetrieb arbeiten. Um jedoch bei bestimmten Materialien eine optimale Schnittqualität zu erzielen, ist es notwendig, die Vorschubgeschwindigkeit anzupassen, z. B. die Beschleunigung, die Schnittgeschwindigkeit und die Verzögerung beim Drehen. Daher reicht es im Dauerbetrieb nicht aus, nur die Leistung zu verringern. Die Laserleistung muss durch Änderung des Pulses angepasst werden.

Die Parametereinstellung Laserschneiden

Je nach Produktanforderungen müssen die Parameter unter verschiedenen Arbeitsbedingungen ständig angepasst werden, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Die nominale Positioniergenauigkeit beim Laserschneiden kann bis zu 0,08 mm und die wiederholte Positioniergenauigkeit bis zu 0,03 mm betragen. In der Praxis beträgt die Mindesttoleranz jedoch ±0,05 mm für die Öffnung und ±0,2 mm für die Lochung.

Unterschiedliche Materialien und Dicken erfordern unterschiedliche Schmelzenergie. Daher ist auch die erforderliche Laserleistung unterschiedlich. In der Produktion müssen Fabrikbesitzer ein Gleichgewicht zwischen Produktionsgeschwindigkeit und Qualität finden und die passende Ausgangsleistung und Schnittgeschwindigkeit wählen. Dadurch kann der Schneidbereich mit der entsprechenden Energie versorgt und die Materialien sehr effektiv geschmolzen werden.

Die Effizienz der Umwandlung von Elektrizität in Laserenergie durch Laser liegt bei etwa 30–35 %. Das bedeutet, dass bei einer Eingangsleistung von etwa 4285–5000 W die Ausgangsleistung nur etwa 1500 W beträgt. Die tatsächliche Eingangsleistungsaufnahme ist deutlich höher als die nominale Ausgangsleistung. Da gemäß dem Energieerhaltungssatz auch andere Energie in Wärme umgewandelt wird, ist die Zugabe von Brauchwasser Kühler erforderlich.

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