Grundlagen des Laserschneidens: Ihr ultimativer Leitfaden

Grundlagen des Laserschneidens

Leitfaden

Das Laserschneiden wurde erstmals in den 1970er Jahren eingesetzt. In der modernen industriellen Produktion wird es häufig zum Schneiden von Blechen, Kunststoffen, Glas, Keramik, Halbleitern sowie Materialien wie Textilien, Holz und Papier eingesetzt.

Es wird erwartet, dass das Laserschneiden in den nächsten Jahren in der Präzisions- und Mikrobearbeitung erheblich an Bedeutung gewinnen wird. Werfen wir zunächst einen Blick darauf, wie das Laserschneiden funktioniert.

Wenn der fokussierte Laserstrahl auf das Werkstück trifft, erwärmt sich der bestrahlte Bereich schnell, wodurch das Material schmilzt oder verdampft. Sobald der Laserstrahl das Werkstück durchdringt, beginnt der Schneidprozess: Der Strahl bewegt sich entlang der Kontur und schmilzt das Material. In der Regel wird das geschmolzene Material mit einem Strahl von der Schnittfläche weggeblasen, so dass ein schmaler Spalt zwischen dem geschnittenen Teil und dem Rahmen entsteht. Diese schmalen Nähte sind fast so breit wie der fokussierte Laserstrahl.

Brennschneiden

Brennschneiden ist ein Standardverfahren zum Schneiden von Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, bei dem Sauerstoff als Schneidgas verwendet wird. Der unter Druck stehende Sauerstoff wird auf bis zu 6 bar erhöht, bevor er in den Schnitt eingeblasen wird.

Dort reagiert das erhitzte Metall mit dem Sauerstoff, wodurch es verbrennt und oxidiert. Diese chemische Reaktion setzt eine große Menge an Energie frei (das Fünffache der Laserenergie), die den Laserstrahl beim Schneiden unterstützt.

Der Laserstrahl schmilzt das Werkstück, während das Schneidgas das geschmolzene Material und die Schlacke im Schnitt wegbläst

Abb.1 Der Laserstrahl schmilzt das Werkstück, während das Schneidgas das geschmolzene Material und die Schlacke im Schnitt wegbläst

Schmelzschneiden

Schmelzschneiden ist ein weiteres Standardverfahren, das in Zerspanungund kann auch zum Schneiden anderer schmelzbarer Materialien, wie z. B. Keramik, verwendet werden. Als Schneidgas wird Stickstoff oder Argon verwendet, und Luft mit einem Druck von 2-20 bar wird durch den Schnitt geblasen.

Argon und Stickstoff sind inerte Gase, d. h. sie reagieren nicht mit dem geschmolzenen Metall im Einschnitt, sondern blasen es zu Boden. Das Inertgas schützt auch die Schneidkante vor Oxidation durch die Luft.

Schneiden mit Druckluft

Druckluft kann auch zum Schneiden von dünnen Platten verwendet werden.

Ein auf 5-6 bar erhöhter Luftdruck reicht aus, um das geschmolzene Metall aus dem Einschnitt zu blasen.

Da fast 80% der Luft Stickstoff ist, ist die komprimierte Luftschneiden ist im Wesentlichen ein thermisches Schneidverfahren.

Plasmagestütztes Schneiden

Wenn die Parameter richtig gewählt sind, entstehen beim plasmagestützten Schmelzschneiden Plasmawolken im Schnitt.

Die Plasmawolke besteht aus ionisiertem Metalldampf und ionisiertem Schneidgas.

Die Plasmawolke absorbiert die Energie des CO2-Lasers und wandelt sie in Wärme auf dem Werkstück um, wodurch mehr Energie in das Werkstück eingekoppelt werden kann, was zu einem schnelleren Schmelzen des Metalls und einem schnelleren Schnitt führt.

Daher wird der Schneidprozess auch als Hochgeschwindigkeitsschneiden bezeichnet. Plasmaschneiden.

Die Plasmawolke ist transparent für die FestkörperlaserDaher kann das plasmagestützte Schmelzschneiden nur zusammen mit dem CO2-Laserschneiden verwendet werden.

Plasmagestütztes Schneiden

Vergasendes Schneiden

Beim Brennschneiden wird das Material verdampft und die thermische Wirkung auf das umgebende Material minimiert.

Kontinuierlich CO2 Laserbearbeitung kann diesen Effekt bei der Verdampfung von Materialien mit geringer Hitze und hoher Absorption erzielen, z. B. bei dünnen Kunststofffolien und nicht schmelzenden Materialien wie Holz, Papier und Schaumstoff.

Mit Ultrakurzpulslasern kann diese Technik auch auf andere Materialien angewendet werden.

Die freien Elektronen im Metall absorbieren den Laser und erwärmen sich stark.

Der Laserpuls reagiert nicht mit den geschmolzenen Partikeln und dem Plasma, und das Material sublimiert direkt, ohne Energie in Form von Wärme an das umgebende Material abzugeben.

Es gibt keinen offensichtlichen thermischen Effekt in Pikosekunde Pulsablation des Materials, und es kommt zu keiner Verschmelzung oder Gratbildung.

Vergasungsschneidlaser lässt Material verdampfen und verbrennen

Abb.3 Vergasungsschneiden: Der Laser bringt das Material zum Verdampfen und Verbrennen. Durch den Druck des Dampfes wird die Schlacke aus dem Einschnitt abgesaugt

Mehrere Parameter beeinflussen die LaserschneidverfahrenEinige sind von der technischen Leistung des Lasergenerators und der Laserschneidmaschine abhängig, während andere einstellbar sind.

Grad der Polarisierung

Der Polarisationsgrad gibt den Prozentsatz des Lasers an, der umgewandelt wird.

Normalerweise liegt der Polarisationsgrad bei etwa 90%, was für eine hohe Schnittqualität ausreicht.

Fokus-Durchmesser

Der Fokusdurchmesser wirkt sich auf die Breite der Inzision aus und kann durch Änderung der Brennweite der Fokuslinse verändert werden. Ein kleinerer Fokusdurchmesser führt zu schmaleren Inzisionen.

Schwerpunkt Position

Die Fokusposition bestimmt den Strahldurchmesser, die Leistungsdichte und die Form des Einschnitts auf der Oberfläche des Werkstücks.

Fokusposition innen, Oberfläche und die Oberseite des Werkstücks

Fi.4 Fokusposition: Innenseite, Oberfläche und die Oberseite des Werkstücks.

Laserleistung

Die Laserleistung sollte auf die Bearbeitungsart, den Materialtyp und die Dicke abgestimmt sein.

Die Leistung muss so hoch sein, dass die Leistungsdichte auf dem Werkstück die Bearbeitungsschwelle übersteigt.

Höhere Laserleistung kann dickeres Material schneiden

Abb.5 Höhere Laserleistung kann dickeres Material schneiden

Arbeitsmodus

Der kontinuierliche Modus wird hauptsächlich zum Schneiden von Standardkonturen auf Metallen und Kunststoffen mit einer Dicke von Millimetern bis Zentimetern verwendet.

Zum Schmelzen von Löchern oder zur Herstellung genauer Konturen werden gepulste Niederfrequenzlaser eingesetzt.

Schnittgeschwindigkeit

Laserleistung und Schneidgeschwindigkeit müssen aufeinander abgestimmt sein. Eine zu schnelle oder zu langsame Schnittgeschwindigkeit kann zu erhöhten Unebenheiten und Gratbildung.

Die Schnittgeschwindigkeit nimmt mit der Dicke der Platte ab

Abb.6 Die Schnittgeschwindigkeit nimmt mit der Dicke der Platte ab

Der Düsendurchmesser

Der Düsendurchmesser bestimmt den Gasfluss und die Form des Luftstroms aus der Düse.

Je dicker das Material ist, desto größer ist der Durchmesser des Gasstrahls und damit auch der Durchmesser der Düsenöffnung.

Gasreinheit und Druck

Als Schneidgase werden in der Regel Sauerstoff und Stickstoff verwendet.

Die Reinheit und der Druck des Gases wirken sich auf die Schneidleistung aus.

Beim Schneiden mit einer Sauerstoffflamme sollte die Gasreinheit 99,95% betragen.

Je dicker die Stahlplattedesto geringer ist der erforderliche Gasdruck.

Beim Schneiden mit Stickstoff sollte die Gasreinheit 99,995% (idealerweise 99,999%) betragen, was beim Schmelzen und Schneiden dickerer Stahlplatten einen höheren Druck erfordert.

Technische Parameter

In der Anfangsphase des Laserschneidens muss der Anwender die Bearbeitungsparameter durch Testläufe ermitteln.

Heute sind in der Steuerung der Schneidanlage ausgereifte Bearbeitungsparameter mit entsprechenden Daten für jede Materialart und -dicke hinterlegt.

Die technischen Parameter ermöglichen es auch Personen, die mit der Technologie nicht vertraut sind, Laserschneidanlagen problemlos zu bedienen.

Qualitätsbeurteilung beim Schneiden

Mehrere Kriterien bestimmen die Qualität von Laserschneidkanten.

So können beispielsweise Gratbildung, Durchbiegung und Körnung mit bloßem Auge beurteilt werden.

Die GeradheitRauheit und Breite des Schnittes müssen mit speziellen Instrumenten gemessen werden.

Materialablagerungen, Korrosion, thermische Einflussbereiche und Verformung sind ebenfalls kritische Faktoren, die bei der Bewertung der Qualität des Laserschneidens zu berücksichtigen sind.

Sie können sich auch über die 9 Normen zur Überprüfung der Qualität beim Laserschneiden.

Gutes Schneiden, schlechtes Schneiden

Abb.7 Guter Schnitt, schlechter Schnitt

Broad Prospect

Der anhaltende Erfolg des Laserschneidens wird von den meisten anderen Verfahren nicht übertroffen, und dieser Trend hält bis heute an. In Zukunft wird die Anwendungen des Laserschneidens wird immer vielversprechender werden.

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Shane
Autor

Shane

Gründerin von MachineMFG

Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.

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