Was ist Laserstrahlschneiden?
Das Laserstrahlschneiden bzw. Laserschneiden beschreibt ein trennendes Fertigungsverfahren, bei dem mit Hilfe von gebündeltem Licht spezieller Wellenlänge Werkstücke thermisch getrennt werden.
Dieses Verfahren wird typischerweise bei kleinen bis mittleren Losgrößen wirtschaftlich sinnvoll eingesetzt. Speziell beim Zuschnitt von Blechmaterial ist das Laserstrahlschneiden neben dem Wasserstrahlschneiden die am häufigsten eingesetzte Fertigungsmethode. Das Laserstrahlschneiden besitzt gegenüber dem Stanzen eine wesentlich höhere Flexibilität.
Was genau ist ein Laser und wie funktioniert er?
Der Begriff Laser steht für “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”. Bereits in den frühen Jahren des 20. Jahrhunderts legte Albert Einstein die theoretischen Grundlagen für die Erzeugung von Laserstrahlung. In der Technik wird das hochenergetische Licht gezielt durch Anregung eines speziellen laseraktiven Mediums in einer Resonatorkammer erzeugt.
Die Anregung kann z.B. optisch durch eine Halbleiterdiode erfolgen. Das laseraktive Medium sendet nach seiner Anregung das Laserlicht aus, welches in der Resonatorkammer hin und her reflektiert wird und damit wiederum eine erneute Anregung von optischer Strahlung verursacht. Ein Teil der erzeugten Laserstrahlung verlässt die Resonatorkammer und wird über ein optisches System aus Linsen und Spiegeln gebündelt und fokussiert.
Je stärker die Fokussierung des Laserstrahls ist, desto höher ist die so genannte Strahlungsintensität. Prinzip bedingt ist der Wirkungsgrad eines Lasers auf 30% begrenzt. Aus diesem Grund muss die Verlustleistung durch ein geeignetes Kühlsystem vom Resonator abgeführt werden.
“Die Strahlungsintensität eines Lasers entspricht der Strahlleistung pro Fläche”
Besitzt man nun einen Laserstrahl ausreichend hoher Strahlungsintensität, so lässt sich mit diesem nahezu jedes Material verdampfen. Eine technische Anwendung, bei welcher dieses Verfahren eingesetzt wird ist das Laserstrahlschneiden.
Laserschneiden von Werkstücken
Industrielle Laseranlagen zum Schneiden von Werkstücken haben typischerweise eine Leistung von 1 kW – 8 kW. Bei diesen CNC-gesteuerten Maschinen wird die Laseroptik an der Z-Achse befestigt, damit der Laser in jeder Raumrichtung über dem Werkstück positioniert werden kann.
Während dem Schneidvorgang verfährt die Laseroptik wenige mm über dem Werkstück und durch die hohe Energie des Lichtstrahls wird der Werkstoff an den Schnittkanten gezielt verdampft. Zum Schutz vor einer Verunreinigung der Laseroptik wird Schutzgas eingesetzt. Dieses Schutzgas (meist Argon oder Stickstoff) strömt mit Druck konzentrisch aus der Strahlquelle und verhindert einen Kontakt der Schweißspritzer mit der Strahlquelle. Heutige Hochleistungsstrahlquellen erreichen Schnittgeschwindigkeiten weit über 20 m/min*. Mit Hilfe des Laserstrahlschneidens können bei entsprechendem Energieeintrag Blechstärken bis zu 50 mm geschnitten werden. Die am häufigsten eingesetzten Laserstrahlquellen sind der Nd:YAG und der CO2-Laser.
*[Quelle: Hügel/Graf – Laser in der Fertigung: Strahlquellen, Systeme, Fertigungsverfahren]
Weitere technische Anwendungen des Lasers:
- Laserstrahlschweißen
Thermisches Aufschmelzen von Material. Das Werkstück verbindet sich stoffschlüssig mit seinem Fügepartner - Lasercusing
Additive Fertigung von 3D Teilen durch Laser - Laserbeschriftung
“Aufbrennen” von Text an Kunststoffen und metallischen Werkstücken - Optische Messtechnik
Schwingungsmessungen mit Laserdioden - Consumer Elektronik
Findet z.B. Anwendung bei DVD-Playern
Gefahrenhinweise bei der Bedienung einer Laserstrahlquelle
Achtung: Laserstrahlung ist in der Regel für das menschliche Auge unsichtbar. Tragen Sie eine für die Wellenlänge des Lasers auch geeignete Schutzbrille! Aus Sicherheitsgründen darf der Bediener keinen direkten Sichtkontakt zum Laser besitzen. Selbst Streulicht und reflektierte Strahlung kann zu einer irreparablen Schädigung des Augenlichts führen.
Sinnvollerweise wird die Strahlquelle in einem vom Bediener abgetrennten Bereich bzw. Raum positioniert und die Strahlquelle lässt sich nur nach Schließen des Sicherheitsvorhangs einschalten.
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Wir wollen das 2D-Laserschneiden ausprobieren. Gut zu lesen, dass hier thermisch getrennt wird. Mal sehen, wie genau auch getrennt wird.
Ich finde die Schneidetechniken total spannend. Ich kenne mich etwas besser mit dem individuellen Wasserstrahlschneiden aus. Ich finde es aber spannend mal was über die Lasertechniken zu lesen.
Äußerst interessant, dass die theoretischen Grundlagen für die Erzeugung von Laserstrahlung von Albert Einstein stammen. Für einen besonderen Auftrag benötige ich für Metallbauteile eine individuelle Laserbeschneidung. Ich hoffe darauf, schnell einen zuverlässigen Ansprechpartner in Bezug auf Laserschneiden für die Industrie zu finden.
Lieben Dank für die präzise Beschreibung der Bedeutung von Laserschneiden. Nun erkenne ich auch den Unterschied zum Plasmaschneiden, den ich bis eben nicht recht verstand. Ich finde es sehr bemerkenswert, wie fortgeschritten die innovativen Technologien sind, welche eine sehr hohe Präzision beim Plasmaschnitt ermöglichen.
Interessant, dass neben Wasserstrahlschneiden auch das Laserstrahlschneiden so weit verbreitet ist. Ich bin sehr Physik-begeistert, deswegen lese ich hier alle Informationen rund um das Thema. Der Mechanismus ist sehr faszinierend, finde ich.
Da wir zum Zuschneiden von Blechen bei uns immer einen Wasserstrahlschneider verwenden, finde ich es spannend dass für die gleichen Arbeiten auch Laser verwendet werden. Da es sich bei Lasertechnik um hochenergetisches Licht handelt, dachte ich, dass er nur für hochpräzise Arbeiten genutzt wird. Dass, wie Sie schreiben, ein Wasserstrahl mit entsprechend Druck einen fast ebenso präzisen Zuschnitt erlaubt, ist für unsere Fertigung also sehr vorteilhaft.
Hallo,
ja der Laser findet immer häufiger Anwendung bei Blechstärken, die bisher allein dem Plasmaschneiden und Wasserstrahlschneiden vorbehalten waren.
Mein hat eine große Metallindustrie, wo verschiedene Materialien per CNC Laser bearbeitet werden. Die Maschine verfügen über Fokussierrohre. Ich hätte nicht gedacht, dass selbst Streulicht und reflektierte Strahlung zu einer irreparablen Schädigung des Augenlichts führen kann.
Hallo Laura,
ja das wissen viele nicht, dass selbst das Streulicht und die reflektierte Strahlung vom Werkstück allein schon gefährlich sein können.
Gruß,
Toni