Revolverstanze vs. Laserschneiden: Was ist das Richtige für Ihr Projekt?

1. Laserschneidmaschine

Laserlicht wird durch die stimulierte Emission von Atomen, Molekülen oder Ionen erzeugt, was zu einem hoch monochromatischen, intensiven und kohärenten Strahl führt. Diese einzigartige Lichtquelle unterscheidet sich grundlegend von herkömmlichen Lichtquellen, da sie auf stimulierter Emission beruht.

Bei Laserschneidmaschinen wird der Strahl mithilfe der Linse des Schneidkopfs präzise auf einen Punkt mit hoher Leistungsdichte fokussiert. Der Schneidkopf wird entlang der Z-Achse positioniert, um den Brennpunkt relativ zur Materialoberfläche präzise zu steuern.

Während des Schneidprozesses übersteigt der Wärmeeintrag des fokussierten Laserstrahls die Fähigkeit des Materials, Wärme zu reflektieren, zu leiten oder zu streuen. Dies führt zu einer schnellen lokalen Erwärmung auf die Schmelz- und Verdampfungstemperatur des Materials. Ein Hochgeschwindigkeitsgasstrom, der entweder koaxial oder nicht koaxial zum Strahl verläuft, treibt das geschmolzene und verdampfte Material aus und erzeugt eine Schnittfuge im Werkstück.

Die kontinuierliche Relativbewegung zwischen dem Brennpunkt und dem Material erzeugt einen schmalen, kontinuierlichen Schnitt. Dieser Prozess wird von einem numerischen Steuerungssystem gesteuert, das kritische Parameter wie Schneidgeschwindigkeit, Laserleistung und Hilfsgasdruck sowie die Bewegungsbahn regelt. Das unter Druck stehende Hilfsgas dient auch dazu, Schlacke aus der Schnittfuge zu entfernen und die Schnittqualität zu verbessern.

Laserstrahlen haben jedoch von Natur aus einen Divergenzwinkel, was zu einem konischen Strahlprofil führt. Diese Eigenschaft bedeutet, dass Änderungen der optischen Weglänge (gleichbedeutend mit Änderungen der Position der z-Achse des Laserschneiders) zu Änderungen der Querschnittsfläche des Strahls an der Oberfläche der Fokussierlinse führen.

Außerdem führt die Wellennatur des Lichts zu Beugungseffekten. Die Beugung des Strahls führt zu einer seitlichen Ausdehnung bei der Ausbreitung des Strahls, ein Phänomen, das allen optischen Systemen gemein ist und ihre Leistung einschränkt.

Die Kombination aus dem Gaußschen Strahlprofil und Beugungseffekten führt zu Schwankungen des Strahldurchmessers an der Linsenoberfläche, wenn sich die optische Weglänge ändert. Dies wirkt sich wiederum auf die Fokusgröße und die Schärfentiefe aus, obwohl die Fokusposition relativ stabil bleibt.

Bei der kontinuierlichen Bearbeitung können diese Schwankungen der Fokusgröße und der Tiefenschärfe das Schneidergebnis erheblich beeinträchtigen. Sie können beispielsweise zu einer uneinheitlichen Schnittfugenbreite, unvollständigem Schneiden oder unbeabsichtigtem Materialabtrag bei konstanten Laserleistungseinstellungen führen.

Diese inhärente Eigenschaft der Laserstrahlausbreitung stellt eine Herausforderung für die Aufrechterhaltung einer gleichbleibenden Schnittqualität bei unterschiedlichen Werkstückgeometrien dar und ist eine Einschränkung der derzeitigen Laserschneidmaschinenprinzipien.

2. Servo CNC Revolverstanze

Eine CNC-Revolverstanzmaschine ist eine vielseitige Blechbearbeitungsmaschine, die komplexe Lochmuster und flache Umformvorgänge in einer einzigen Aufspannung ausführen kann. Diese Technologie bietet erhebliche Vorteile in Bezug auf Präzision, Effizienz und Flexibilität bei der Blechbearbeitung.

Die Maschine kann automatisch Löcher mit verschiedenen Geometrien, Abmessungen und Abständen nach programmierten Vorgaben bearbeiten. Sie zeichnet sich durch die Herstellung großer kreisförmiger und rechteckiger Öffnungen sowie komplizierter konturierter Formen aus, indem sie einen strategischen Multi-Hit-Ansatz mit kleineren Werkzeugen anwendet.

Neben dem einfachen Stanzen führt die CNC-Revolverstanzmaschine auch spezielle Bearbeitungen durch, wie z. B. das Ausbilden von Lamellen, Senkungen, Bördeln, Prägen und das Erzeugen von Versteifungen. Diese Multifunktionalität reduziert den Bedarf an Nachbearbeitungen.

Im Vergleich zu herkömmlichen Stanzverfahren bietet das CNC-Revolverstanzverfahren mehrere entscheidende Vorteile:

1. Hervorragende Bearbeitungsgenauigkeit und gleichbleibende Qualität durch präzise numerische Steuerung.
2. Große Verarbeitungskapazität, Verarbeitung von Blechen bis zu 1,5 m x 5 m in einer einzigen Einrichtung.
3. Mehrachsenkoordination für komplexe Teilegeometrien, einschließlich Scher- und Umformfunktionen.
4. Schnelles Umrüsten zwischen Aufträgen durch einfaches Ändern des NC-Programms, wodurch die Rüstzeit minimiert wird.
5. Hochpräzises, starres Werkzeugsystem, das optimale Bearbeitungsbedingungen und Produktivität gewährleistet.
6. Fortschrittliche Automatisierungsfunktionen, die den manuellen Arbeitsaufwand reduzieren.
7. Benutzerfreundliche Schnittstelle, die es Bedienern mit grundlegenden Computerkenntnissen ermöglicht, sich nach kurzer Einarbeitung zurechtzufinden.
8. Kostengünstige Produktion von Kleinserien und unterschiedlichen Produkten durch reduzierte Werkzeugkosten.
9. Anpassungsfähigkeit an Marktbedürfnisse und Produktvariationen durch ein breites Verarbeitungsspektrum.

Die servoangetriebene CNC-Revolverstanze bietet verschiedene Bearbeitungsmodi:

1. Einzelnes Stanzen: Ein-Schlag-Operationen für Löcher in linearen, bogenförmigen oder kreisförmigen Mustern sowie für Gitterformationen.
2. Unidirektionales kontinuierliches Stanzen: Überlappende Stanzungen zur Herstellung von länglichen Öffnungen oder Beschnittkanten.
3. Multidirektionales kontinuierliches Stanzen: Strategische Stanzfolge zur Herstellung großer Öffnungen mit kleineren Werkzeugen.
4. Nibbeln: Inkrementeller Materialabtrag mit kleinen runden Werkzeugen zur Erzeugung von Bogenprofilen.
5. Einzelne Umformung: Einstufige, flache Umformung auf der Grundlage spezifischer Werkzeuggeometrien.
6. Kontinuierliche Umformung: Sequentielles Umformen zur Herstellung von Merkmalen, die größer sind als die Größe der einzelnen Formen, wie z. B. erweiterte Lamellen oder gewalzte Rippen.
7. Array-Verarbeitung: Effiziente Herstellung mehrerer gleicher oder unterschiedlicher Komponenten auf einem einzigen Blatt.

3. Laserschneiden vs. CNC-Stanzen

Sowohl das Laserschneiden als auch das CNC-Stanzen sind wesentliche Fertigungsmethoden in der Metallverarbeitung und -herstellung. Die Kenntnis ihrer einzigartigen Eigenschaften ist entscheidend für die Auswahl der effizientesten und kostengünstigsten Methode für ein bestimmtes Projekt.

Ausgehend von umfangreichen Erfahrungen in der Branche weisen die beiden Methoden die folgenden Merkmale und Unterschiede auf:

CNC-Stanzen:

Das CNC-Stanzen eignet sich hervorragend zur Herstellung von geraden Linien, quadratischen Löchern, runden Löchern und Langlöchern mit einfachen, festen Mustern. Es eignet sich vor allem für die Bearbeitung von Kohlenstoffstahl- und Aluminiumblechen mit einer Dicke von bis zu 6 mm. Für Edelstahlbleche mit einer Dicke von mehr als 2 mm wird es jedoch nicht empfohlen, da die hohe Viskosität und Härte des Materials zu Materialsprüngen, Werkzeugverklebungen und erhöhtem Werkzeugverschleiß führen kann.

Das CNC-Stanzen bietet zwar schnelle Bearbeitungsgeschwindigkeiten mit festen Werkzeugen, aber die Entwicklung neuer Werkzeuge kann mindestens drei Wochen dauern und erhebliche Kosten verursachen. Das Verfahren hat eine begrenzte Flexibilität, und die Beseitigung von Graten an Verbindungspunkten kann eine Herausforderung sein. Auf den fertigen Teilen sind häufig Messerfugen zu sehen.

Bei Bauteilen mit einer Länge von weniger als 500 mm erreicht das CNC-Stanzen in der Regel eine Bearbeitungsgenauigkeit von etwa ±0,10 mm.

Laserschneiden:

Das Laserschneiden bietet überlegene Flexibilität, schnellere Schnittgeschwindigkeiten und eine höhere Produktionseffizienz. Es bietet einen kürzeren Produktionszyklus ohne bearbeitungsbedingte Verformung und erfordert keine Werkzeuge. Komplexe Formen können in einem einzigen Arbeitsgang präzise geformt werden, mit einer Bearbeitungsgenauigkeit von etwa ±0,05 mm für Teile mit einer Länge von weniger als 500 mm.

Die Technologie ermöglicht schnelle Designänderungen und die Herstellung von Prototypen und ist daher ideal für kleine bis mittlere Produktionsserien oder kundenspezifische Projekte. Allerdings sind die Kosten für das Laserschneiden einfacher Geometrien im Vergleich zum Stanzen in der Regel höher. Die Wärmeeinflusszone um die Schnittlinie kann die Oberflächenqualität beeinträchtigen und bei einigen Anwendungen eine Nachbearbeitung erforderlich machen.

Es ist wichtig zu wissen, dass bestimmte dreidimensionale Merkmale, wie z. B. Rollrippen, Ausbrechlöcher und Lamellen, beim Laserschneiden nicht hergestellt werden können, was mit speziellen CNC-Stanzverfahren möglich ist.

Schlussfolgerung

In praktischen Fertigungsszenarien sollte die optimale Bearbeitungsmethode auf der Grundlage einer umfassenden Analyse der Teilekonstruktion, der Materialeigenschaften, des Produktionsvolumens und der Qualitätsanforderungen ausgewählt werden. Faktoren wie Materialstärke, geometrische Komplexität, Anforderungen an die Oberflächengüte und Produktionsflexibilität müssen sorgfältig berücksichtigt werden.

Für die Großserienproduktion von Teilen mit einfachen Geometrien aus dünneren Materialien kann das CNC-Stanzen Kostenvorteile bieten. Umgekehrt wird das Laserschneiden oft für komplexe Designs, Prototypen oder wenn die Materialverformung minimiert werden muss, bevorzugt.

In vielen modernen Fertigungsumgebungen kann ein hybrider Ansatz, bei dem beide Technologien kombiniert werden, die vielseitigste und effizienteste Lösung darstellen, indem die Stärken jeder Methode zur Optimierung der Gesamtproduktionskapazität genutzt werden.