Laserschneiden ist ein beliebtes Metallherstellung Technologie. Dabei wird ein leistungsstarker, stark fokussierter Laserstrahl verwendet, um das Werkstück (Material) zu schneiden. Moderne Laserschneider arbeiten mit CNC-Technologie, was ihre Präzision erhöht. Interessanterweise gibt es verschiedene Arten des Laserschneidens. Jede Methode unterscheidet sich in vielen Aspekten von den anderen.
Einige von ihnen sind ideal für das Schneiden von Metallen, während andere für Nichtmetalle geeignet sind. Außerdem unterscheiden sich die Laserschneidverfahren in Bezug auf ihre Kosten und Preise. Ein Verständnis des Laserschneidens ist unerlässlich, insbesondere wenn Sie in der Metallverarbeitung tätig sind. In diesem Artikel werden alle Einzelheiten dieser Laserschneidverfahren erläutert.
Grundlagen der Laserschneidtechnik
In einem früheren Artikel habe ich die Grundlagen der Laserschneidtechnik und seine Funktionsweise. Wenn Sie ein Neuling sind, empfehle ich Ihnen dringend, diesen Artikel zuerst zu lesen. Er wird Ihnen helfen, Lasertypen besser zu verstehen. Lassen Sie uns einen kurzen Überblick über diese Technologie geben.
Laserschneiden ist eine fortschrittliche Technologie, bei der hochenergetische, stark fokussierte Laserstrahlen eingesetzt werden. Diese Laserstrahlen werden auf die gewünschte Stelle gerichtet. Da diese Laser eine sehr hohe Energie haben, können sie das Metall oder Material leicht schmelzen. Auf diese Weise erzeugen diese Laser effektive Schnitte in das Material.
In der Vergangenheit war das Laserschneiden ein eher manuelles Verfahren. Der Bediener musste den Laserkopf benutzen und den Laser auf das Material richten. Die modernen Laserschneidmaschinen sind jedoch mit CNC-Systemen ausgestattet. Diese Maschinen verwenden computergesteuerte Anweisungen, die vom Bediener eingegeben werden, um das Material zu schneiden. Der Laserkopf bewegt sich entsprechend der Richtung des automatisierten Systems.
Durch den Einsatz von CNC ist das Laserschneiden zu einem berührungslosen Verfahren geworden. Man muss den Laserkopf nicht mehr halten und sich nicht mehr um die Ausrichtung des Werkstücks kümmern. Die Lasermaschinen sind so fortschrittlich, dass sie sich um alles kümmern. Alles, was Sie tun müssen, ist, die richtigen computergesteuerten oder G-codierten Anweisungen einzugeben. Der Laserkopf bewegt sich und schneidet das Material.
Arten des Laserschneidens
Wie ich bereits erwähnt habe, unterscheiden sich die Schneidverfahren in vielerlei Hinsicht. Dazu gehören u. a. die Geschwindigkeit, die Kosten und die Kompatibilität mit dem Material. Im folgenden Abschnitt werden wir alle gängigen Arten von Laserschneiden. Also, lasst uns loslegen!
1- CO₂-Laserschneiden
Dieses laserbasierte Schneidverfahren ist bei kleinen und mittleren Unternehmen sehr beliebt. Für den Betrieb wird ein Gemisch aus verschiedenen Gasen verwendet. Das Gemisch enthält Kohlendioxid (CO₂), Stickstoff und Helium. Zusätzlich werden einige Hilfsgase, wie Stickstoff, zur Reinigung des Schneidbereichs verwendet.
Diese Hilfsgase blasen auch den beim Schneiden anfallenden Schutt weg. Dieses Verfahren benötigt für seinen Betrieb elektrische Energie. Diese Energie regt das Gasgemisch an. Dadurch wird ein Laserstrahl mit hoher Leistung erzeugt. Dieser Strahl ist jedoch nicht sehr fokussiert oder konzentriert. Dieser Laser ist unter dem Laserkopf mit mehreren Spiegeln und Linsen konfrontiert.
Durch diese Linsen werden die Laser stärker fokussiert und konzentriert. Dadurch wird der Laserstrahl auf die gewünschte Stelle gelenkt und schmilzt die Materialoberfläche. Die Energie dieser Strahlen ist so hoch, dass sie sogar die Materialien verdampfen kann. Das CO₂-Laserschneidverfahren ist ideal für nichtmetallische Materialien wie Holz, Leder, Glas und Kunststoffe.
Wenn Sie damit Metalle oder reflektierende Materialien schneiden, sinken Effektivität und Effizienz erheblich. Hier ist eine Tabelle mit den Vor- und Nachteilen des CO₂-Laserschneidens:
| Profis | Nachteile |
| Hohe Präzision, | Nicht für dicke/reflektierende Metalle |
| Funktioniert bei vielen Nicht-Metallen. | Langsamer bei Metallen |
| Ideal für Gravuren | Umfangreiche Maschinengröße |
| Glatte, saubere Schnitte. | Erfordert häufige Wartung |
| Geringere Kosten als bei Faserlasern, | Höherer Stromverbrauch |
2- Faserlaserschneiden
Das Faserlaserschneiden ist eine fortschrittlichere und bessere Option als das CO₂-Laserschneiden. Hier wird kein Gemisch aus verschiedenen Gasen zur Erzeugung von Lasern verwendet. Stattdessen wird das Licht verstärkt, um den Laser zu erzeugen. Zunächst wird dem Material (Faser) Energie zugeführt. Durch diese Energiezufuhr werden in den Fasern die Atome dieser Materialien angeregt.
Diese Anregung der Atome setzt Energie in Form von Photonen frei. Interessanterweise sind diese Photonen nicht bewegungslos, sondern prallen innerhalb der Lasermaschinen zurück. Ihre Bewegung oder die Kollision von Photonen regt andere Atome weiter an. Das Ergebnis ist die stimulierte Emission von Energie. Die Maschinen bestehen aus zwei Spiegeln, auf die die Photonen zufällig auftreffen.
Ein Spiegel wird teilweise entfernt, und die Energie tritt in Form eines Laserstrahls aus der Maschine aus. Dieser Laserstrahl wird dann auf die gewünschte Stelle des Materials gerichtet. Da dieser Laser eine sehr hohe Energie hat, schmilzt und schneidet er die Materialien. Im Gegensatz zum CO₂-Laserschneiden können mit dieser Methode problemlos Metalle und reflektierende Materialien geschnitten werden.
Der Laser verfügt über eine ausgezeichnete Schnittfestigkeit, so dass er auch robuste Materialien schneiden kann. Dazu gehören rostfreier Stahl, Aluminium, Messing und andere. Die Technologie ist besonders effektiv für Präzisionskomponenten wie SMT-Schablonen. Beim Schneiden von Nichtmetallen wie Holz oder Glas kann er jedoch etwas langsamer sein. Die Anfangskosten des Faserlaserschneidens sind sehr hoch, was ein Nachteil ist. Dennoch halte ich diese Methode für kostengünstiger.
Hier finden Sie eine Tabelle mit den Vor- und Nachteilen des Faserlaserschneidens:
| Profis | Nachteile |
| Schnelles und präzises Schneiden von Metall, | Nicht gut für Nicht-Metalle |
| Kann reflektierende Metalle schneiden. | Höhere Maschinenkosten |
| Geringer Wartungsaufwand, | Erfordert einen geschulten Bediener |
| Verbraucht weniger Strom. | Einrichten und Lernen brauchen Zeit |
| Lange Lebensdauer des Lasers, | Nicht ideal für kleine oder Hobby-Projekte |
3- Kristall-Laserschneiden
Dieses Laserschneidverfahren ist leistungsstärker, aber weniger langlebig als das Faser- oder CO2-Laserschneiden. Dabei werden Festkörperkristalle zur Erzeugung der Laserstrahlen verwendet. Zu den gängigen Kristallen gehören:
- Nd:YVO (Neodym-dotiertes Yttriumorthovanadat)
- Nd: YAG (Neodym-dotiertes Yttrium-Aluminium-Granat)
Diese höhere Energie wird diesen Kristallen zugeführt. Infolgedessen absorbieren die Atome im Inneren dieser Kristalle die Energie. Infolgedessen gehen die Elektronen dieser Atome in einen höheren Energiezustand über. Wenn diese Elektronen zurückkehren, geben sie eine große Menge an Energie in Form von Photonen ab.
Diese Photonen kollidieren mit Spiegeln im Inneren der Laserröhre und werden immer wieder zurückgeworfen. Dadurch regen sie andere Elektronen weiter an, die dann Energie in Form von Photonen abgeben. Durch diese Kettenreaktion werden immer mehr Photonen erzeugt, die zu einem energiereicheren Laserstrahl führen. Dieser Laserstrahl wird dann auf das Material gerichtet und schneidet es.
Interessanterweise liefert diese Schneidmethode einen hohen Strahl mit höherer Leistungsdichte. Daher kann es durch die stärksten Materialien wie Metalle und Keramik schneiden. Kristalllaserschneidmaschinen sind weniger haltbar und haben eine kürzere Lebensdauer als Faser- und CO2-Laserverfahren. In der folgenden Tabelle finden Sie die wichtigsten Vor- und Nachteile:
| Profis | Nachteile |
| Sehr präzises Schneiden, | Kürzere Lebenserwartung |
| Schneidet harte Materialien, | Hohe Kosten |
| Großartig für feine Details, | Empfindlich gegen Hitze/Feuchtigkeit |
| Hohe Leistung bei geringer Größe, | Komplexe Einrichtung |
| Geringe Wärmeschäden im gepulsten Betrieb, | Weniger energieeffizient |
4- Direktes Diodenlaserschneiden
Bei dieser Art des Laserschneidens wird ein winziges Bauteil verwendet, das als Laserdiode bezeichnet wird. Sie ist ein Halbleiter und trägt dazu bei, leistungsstarke Laserstrahlen effizient zu erzeugen. Zunächst fließt der Strom in diese Dioden. Er gibt Energie an die Atome der Dioden ab. Infolgedessen nehmen die Elektronen dieser Atome Energie auf und springen in einen höheren Energiezustand.
Wenn sie in einen niedrigeren Energiezustand zurückkehren, geben sie Energie in Form von Photonen ab. Diese Photonen bewirken eine weitere stimulierte Energieemission durch Anregung anderer Atome. Auf diese Weise werden Laserstrahlen mit hoher Leistung erzeugt. Interessanterweise haben die verwendeten Laserdioden einen Spiegel auf einer Seite. Diese teilweise Öffnung des Spiegels ermöglicht den Austritt des Lasers.
Sobald die Laserstrahlen austreten, werden sie auf das Material gerichtet und schneiden es effektiv. Diese Art des Laserschneidens eignet sich zum Schneiden von dünnem Material. Wenn das Material jedoch zu dick oder zu dicht ist, lässt es sich nicht schneiden. Was mir an dieser Schneidmethode gefällt, ist, dass der Energieverbrauch sehr gering ist. Es wird häufig zum Lasermarkieren, Löten und zur Oberflächenstrukturierung verwendet.
Hier finden Sie eine Tabelle mit den Vor- und Nachteilen des direkten Diodenlaserschneidens:
| Profis | Nachteile |
| Hohe Energieeffizienz, | Nicht ideal für dicke Metalle |
| Kompakt und leicht, | Geringere Leistungsabgabe |
| Geringer Wartungsaufwand, | Begrenzte Materialauswahl |
| Schnell für dünne Materialien, | Schwächere Strahlqualität |
| Niedrigere Betriebskosten, | Geringe Schnitttiefe |
Arten des Laserschneidens auf der Grundlage des Schneidverfahrens
Im vorangegangenen Abschnitt habe ich verschiedene Arten des Laserschneidens besprochen. Diese unterscheiden sich in Bezug auf die Laserquelle voneinander. Beim CO2-Laserschneiden beispielsweise dient ein Gemisch aus verschiedenen Gasen als Laserquelle. In ähnlicher Weise wird beim Faserlaserschneiden eine optische Faser als Laserquelle verwendet.
Crystals und DDL verwenden Festkörperkristalle bzw. winzige Dioden zur Erzeugung von Lasern. Richtig? Einige Arten des Laserschneidens basieren jedoch auf der Methode, die zum Schneiden des Materials verwendet wird. Bei einigen Laserschneidverfahren wird das Material beispielsweise durch Hitze geschmolzen, was einen präzisen Schnitt ermöglicht. Andere Lasertypen hingegen schmelzen das Material nicht.
Stattdessen verdampfen sie die gewünschte Stelle, um das Material zu schneiden. Bei diesen Laserschneidverfahren werden die oben genannten Lasertypen verwendet. Die folgende Tabelle zeigt die verschiedenen Arten des Laserschneidens, je nachdem, wie sie das Material schneiden:
| Laserschnitt-Verfahren | Wie jede Methode das Material oder Werkstück schneidet | Häufig verwendete Lasertypen |
| Fusion Laserschneiden | Schmelzen von Material; geschmolzenes Metall wird durch Gas weggeblasen | Faserlaser, CO₂-Laser |
| Laserschneiden durch Verdampfung | Verdampft Material direkt in Gas - kein Schmelzen des Materials | CO₂-Laser, Nd:YAG-Laser |
| Ferngesteuertes Laserschneiden | Schmilzt dünnes Material nur mit dem Strahl (kein Hilfsgas) | Faserlaser |
| Sauerstoff-Laserschneiden | Erhitzt und oxidiert Material mit Sauerstoffgas | CO₂-Laser, Faserlaser |
Wie wählt man das richtige Laserschneidverfahren?
Die Auswahl des geeigneten Laserschneidverfahrens kann ein verwirrender Prozess sein. Aufgrund der Verwirrung könnten Sie sich am Ende für den falschen Lasertyp entscheiden. Dies wirkt sich sowohl auf die Qualität der Schnitte als auch auf das Budget für Ihr Projekt aus. Im Folgenden finden Sie einige wichtige Faktoren, die Sie bei der Auswahl eines Laserschneidverfahrens berücksichtigen sollten. Sie werden Ihnen helfen, den richtigen Typ für Ihre Bedürfnisse zu wählen
- Materialtyp: Zunächst müssen Sie die Art des Materials bestimmen, mit dem Sie arbeiten. Bei nichtmetallischen Werkstoffen empfehle ich einen CO₂-Laser. Das Faserlaserschneiden eignet sich dagegen am besten für Metalle und stark reflektierende Materialien.
- Dicke des Materials: Die Effizienz eines Laserschneidverfahrens unterscheidet sich je nach Materialstärke. Für schwerere und dickere Materialien sollten Sie Kristall- oder Faserlaser wählen. Auf der anderen Seite ist der DDL (Direct Diode Laser) die beste Option für dünne Materialien.
- Produktionsvolumen: Jedes Laserschneidverfahren hat seine eigenen Grenzen, was das Produktionsvolumen angeht. Ich empfehle Ihnen, ein Faserlaserschneidverfahren zu wählen, wenn Sie ein Unternehmen gegründet haben. Mit diesem Verfahren können Sie mehr Teile in kürzerer Zeit schneiden und so selbst die strengsten Fristen einhalten.
- Präzision und Qualität: Die Hersteller bevorzugen im Allgemeinen Präzision und Qualität der Schnitte bei der Herstellung. Oder? Wenn das Ihre Anforderung ist, sollten Sie sich für das Kristalllaserschneiden entscheiden. Er ist zwar teuer, erzeugt aber aufgrund seiner höheren Strahlqualität feine, detaillierte und glatte Schnitte.
- Budget und Geschwindigkeit: Ich halte den Faserlaser für die beste Option, da seine Kosten im mittleren Bereich liegen und er eine halsbrecherische Geschwindigkeit bietet. CO₂-Laserschneiden ist weniger teuer, aber langsamer, was die Produktivität beeinträchtigen kann. Das Kristalllaserschneiden ist hochwertig und sehr teuer, was ich nicht empfehlen kann.
Schlussfolgerung
Laserschneidtechniken spielen eine entscheidende Rolle bei der Herstellung von Metallen. Der leistungsstarke Laserstrahl kann Materialien jeder Stärke mühelos schneiden. Die verschiedenen Arten des Laserschneidens unterscheiden sich jedoch in ihrer Wirksamkeit. Einige von ihnen eignen sich zum Schneiden von Metallwerkstoffen.
Andererseits gibt es Laserschneidverfahren, die sich besonders gut für das Schneiden von nichtmetallischen Werkstoffen eignen. In diesem Artikel erkläre ich die vier wichtigsten Typen, die nach ihrer Laserquelle kategorisiert sind. Dieser Artikel gibt auch einen Überblick über die Lasertypen auf der Grundlage ihrer Schneidfähigkeiten. Schließlich erfahren Sie, welche Laserschneidetechnik für Ihre Bedürfnisse am besten geeignet ist.