Laserschneiden ist eine sehr effiziente Methode für Metallverarbeitung. Mit Hilfe von Hochleistungslaserstrahlen lassen sich selbst die starrsten Materialien problemlos schneiden und formen. Seine Effektivität hat es zu einer überlegenen Fertigungsoption gegenüber herkömmlichen Schneidverfahren gemacht. Viele Menschen verstehen jedoch immer noch nicht die Grundlagen dieses Verfahrens und fragen: "Was ist Laserschneiden?"
Das Verständnis der Grundlagen des Laserschneidens ist entscheidend für die optimale Nutzung dieses Verfahrens. Wenn Sie zu denjenigen gehören, die keine Ahnung vom Laserschneiden haben, keine Sorge! In diesem Artikel erkläre ich Ihnen alles über dieses Laserschneideverfahren. Sie erfahren etwas über die Geschichte, die Hauptkomponenten und die schrittweise Arbeitsweise des Laserschneidens. Also, fangen wir an!
Was ist Laserschneiden?
Es handelt sich um ein fortschrittliches Verfahren, bei dem hochenergetische Laserstrahlen eingesetzt werden. Diese Strahlen schmelzen oder verdampfen den Zielpunkt. Das computergesteuerte System steuert die Richtung und Intensität dieser Strahlen, um präzise Schnitte und Formen zu erzeugen. Dieses berührungslose Schneidverfahren verursacht keinen Materialabfall.
Laserschneidmaschinen sind mit Laserquellen ausgestattet. Diese Quelle sendet Laserstrahlen mit der erforderlichen Energie aus, die die Werkstücke darstellen. Die Geschichte der Lasertechnik reicht bis in die 1960er Jahre zurück. Theodore Maiman arbeitete 1960 erstmals an der Lasertechnologie. Zu dieser Zeit verließen sich die Hersteller auf manuelle Schneidmethoden.
Im Jahr 1965 erfand das Western Electric Engineering Research Center die erste Laserschneidmaschine. Es handelte sich um eine einfache Maschine ohne besondere Präzisionsmerkmale, aber sie war der erste Schritt in Richtung Innovation. Der erste Einsatz von Lasermaschinen war die Herstellung von Löchern in Diamantformen. Denken Sie daran, dass das Schneiden von hartem Material immer eine Herausforderung war.
Mit Lasermaschinen konnten die Hersteller jedoch selbst in die starrsten Materialien schneiden, formen und bohren. In den 1980er Jahren wurde auch CO₂ entwickelt, was weitere Aufmerksamkeit erregte. In den frühen 1990er Jahren wurde das computergesteuerte Kontrollsystem in die Laserschneidmaschine eingeführt.
Sie erwies sich als ein bedeutender Fortschritt bei der Erhöhung der Präzision von Laserschneidmaschinen. Danach begannen viele Hersteller, diese CNC-basierten Lasermaschinen aufgrund ihrer Genauigkeit und hohen Geschwindigkeit einzusetzen. Heute sind diese Maschinen ein Muss für fortschrittliche Fertigungsindustrien. Von der Automobilindustrie bis zur Luft- und Raumfahrt werden sie überall eingesetzt.
Komponenten einer Laserschneidmaschine
Die Laserschneidmaschinen scheinen eine einzige Einheit zu sein. Ihre Arbeit ist jedoch sehr komplex und erfordert das systematische Funktionieren verschiedener Komponenten. Das Verständnis der Komponenten und ihrer Funktion ist von entscheidender Bedeutung, da sie das Funktionieren des Ganzen steuern Laserschneiden Maschine. Im folgenden Abschnitt werde ich auf die einzelnen Komponenten der Laserschneidmaschine eingehen:
- Laser Quelle: Wie der Name schon sagt, handelt es sich um eine Quelle, die hochenergetische Laserstrahlen aussendet. Je nach Art der Maschine gibt es verschiedene Arten von Laserquellen.
- Arbeitstisch: Er ist die Plattform, auf der das Werkstück befestigt wird. Im Allgemeinen spannt ein Arbeitstisch das Werkstück (Material) ein und lässt es sich bewegen. Dadurch erhöht er den reibungslosen Betrieb von Laserschneidmaschinen.
- CNC-Steuerung: Sie ist der wichtigste Teil einer modernen Laserschneidmaschine. Der Bediener gibt dieser CNC-Steuerung G-codierte Anweisungen. Diese CNC-Steuerung steuert dann die Arbeit der Maschine gemäß den gegebenen Anweisungen. Der Schneidkopf einer Laserschneidmaschine bewegt sich auf eine CNC-Steuerung zu.
- Linsen und Spiegel: Der von der Quelle ausgestrahlte Laser wird im Allgemeinen gestreut. Die Fokussierungsoptik, z. B. Spiegel und Linse, bündelt diesen Laserstrahl. Diese Linsen oder Spiegel bündeln den Laserstrahl auf den richtigen Punkt für präzises Schneiden.
- Schneidkopf: Die oben erwähnten Linsen und Spiegel befinden sich auf dem Schneidkopf. Er besteht auch aus Düsen, die bestimmte Gase ausstoßen, z. B. Sauerstoff oder Stickstoff. Dieser Kopf bewegt sich über das Material und lenkt den Laserstrahl an die richtige Stelle.
- Bewegungssystem: Wie bereits erwähnt, bewegt sich der Schneidkopf über das Material. Das Bewegungssystem unterstützt die Bewegung des Schneidkopfs. Das System besteht aus Motoren, Riemen und Schienen. Dadurch kann sich der Kopf gemäß den Computeranweisungen auf der X-, Y- und Z-Achse bewegen.
Wie funktioniert das Laserschneiden? Schritt-für-Schritt-Prozess
Alle oben genannten Komponenten arbeiten zusammen. Ein kleiner Fehler in einer Komponente führt zum Ausfall der Laserschneidmaschine. Im folgenden Abschnitt werde ich Schritt für Schritt erläutern, wie das Laserschneiden funktioniert. Also, fangen wir an!
1- Generierung von kodierten Anweisungen
Der erste Schritt des Bedieners besteht darin, die G-codierten Anweisungen zu erstellen. Dieser Schritt ist von entscheidender Bedeutung, denn kleine Fehler können beim Schneiden oder Formen zu Ungenauigkeiten führen. Außerdem erfordert er ein höheres Maß an Fachwissen.
Lassen Sie mich erläutern, wie G-codierte Anweisungen erstellt werden. Zunächst wird die gewünschte Form entworfen. Dabei handelt es sich um ein digitales Modell dessen, was die Hersteller benötigen. In der Regel nehmen die Hersteller die Hilfe von erfahrenen Designern in Anspruch, um erste Entwürfe zu erstellen. Die Designer verwenden CAD-Software, um Modelle zu erstellen. Es handelt sich um eine Form, die die Hersteller mit den Laserschneidmaschinen herstellen wollen.
Sobald das Modell fertig ist, wird es an die CAM-Software weitergeleitet. Die CAM-Software verarbeitet den ihr übergebenen Entwurf. Nach entsprechender Interpretation erstellt diese Software computerisierte Anweisungen. Diese Anweisungen sind in Form von Codes (G-codierte Anweisungen). Der Bediener gibt diese kodierten Anweisungen dann an die Laserschneidmaschinen weiter.
Sie fragen sich vielleicht, wie die Maschinen diese G-codierten Anweisungen oder Dateien aufnehmen. Wie ich bereits erwähnt habe, verfügen Lasermaschinen über eine Schnittstelle. Der Bediener verwendet diese computerisierte Schnittstelle, um die G-codierten Anweisungen an die Maschine zu übertragen. Denken Sie daran, dass die CNC-Steuerungen diese Anweisungen interpretieren und sie befolgen.
2- Laserstrahlerzeugung
Der zweite Schritt ist die Erzeugung des Laserstrahls. Wie ich bereits sagte, sind Laserschneidmaschinen mit Laserquellen ausgestattet. Diese Quellen bestehen aus Gasen, die Laserstrahlen erzeugen. Zu diesen Gasen gehören in der Regel Kohlendioxid, Stickstoff und Helium. Im Inneren der Quelle wird elektrische Energie freigesetzt. Diese Energie regt die Atome dieser Gase an.
Erinnern Sie sich: Wenn ein Atom Energie absorbiert, geht es in einen höheren Energiezustand über. Dasselbe geschieht in Lasermaschinen. Die Atome dieser Gase nehmen elektrische Energie auf und gehen in einen höheren Energiezustand über. Wenn diese Elektronen jedoch in eine Schale mit niedrigerer Energie zurückkehren, geben sie Energie ab. Die Energie wird in Form von Licht freigesetzt, das wir als Laserstrahl kennen.
3- Laser-Verstärkung
Der Laser (Lichtenergie), den wir erhalten, wenn ein Atom in einen niedrigeren Energiezustand kommt, wird gestreut. Diese gestreute Energie ist nutzlos und kann beim Schneiden nicht helfen. Deshalb verwenden Laserschneidmaschinen spezielle Fokussierungsoptiken. Die Linsen und Spiegel bündeln den Laserstrahl und lassen ihn nicht streuen.
Durch diese Linsen wird der Laserstrahl sehr fokussiert und schmaler. Aufgrund seiner Fokussierung und Konzentration kann er leicht winzige Ziele oder Punkte treffen. Denken Sie daran, dass die Geräte mit Laserresonatoren ausgestattet sind, die die Energie des Laserstrahls verstärken. Der Laserresonator besteht aus einer Reihe von Spiegeln, die das Licht reflektieren.
Wenn der Laserstrahl (Photon) auf die Spiegel trifft, bewegt er sich aufgrund der Reflexion hin und her. Denken Sie daran, dass diese Spiegel in Reihe geschaltet sind. Durch die kontinuierliche Bindung erhöht sich die Energie des Photons. Es gibt einen Spiegel in der Reihe, der teilweise reflektiert. Wenn ein Photon auf ihn trifft, kann es durch diesen Spiegel mit verstärkter Energie entweichen.
Diese entweichenden Photonen sind Laserstrahlen, die von Maschinen verwendet werden. Diese Strahlen sind auf das Werkstück gerichtet. Sie haben eine höhere Energie, um jedes Material mit beliebiger Dicke zu schneiden und zu formen. Über die Schnittstelle der Laserschneidmaschinen können die Bediener den Grad der Verstärkung der Laserstrahlen einstellen.
4- Strahlfokus durch den Schneidkopf
Wie ich bereits sagte, kommt der Laser durch den Schneidkopf heraus. Dieser Kopf besteht aus Spiegeln und Linsen, die den Laser verstärken. Nach der Verstärkung des Laserstrahls tritt er durch die Düse des Schneidkopfs aus. Dieser Kopf wird über das Material oder Werkstück geführt. Der Laser tritt aus und trifft direkt auf die Oberfläche des Materials.
Aufgrund der höheren Energie des Strahls schmilzt und verdampft er das Material. Infolge des Schmelzens wird das Material glatt geschnitten. Je stärker und dicker das Material ist, desto stärker muss der Laserstrahl verstärkt werden und umgekehrt. Die Bewegung des Schneidkopfes ist von großer Bedeutung. Wenn diese Bewegung nicht korrekt ist, werden die Hersteller niemals einen Präzisionsschnitt erhalten.
Deshalb sind Laserschneidmaschinen mit einer CNC-Steuerung ausgestattet. Diese Komponente steuert die Bewegung des Schneidkopfs gemäß den computergesteuerten Anweisungen. Alle Hersteller, die CNC-gesteuerte Laserschneidmaschinen verwenden, haben eigene Designer, die CAD-Entwürfe erstellen. Denken Sie daran, dass ein falsches Design zu einer falschen G-codierten Anweisung führt und die Präzision ruiniert.
5- Die Rolle von Hilfsgas beim Laserschneiden
In der Regel schmilzt der Laserstrahl das Material und schneidet es. Das geschmolzene Teil kann jedoch hässlich aussehen und die Endbearbeitung der Schnitte beeinträchtigen, oder? Für solche Fälle verfügen moderne Laserschneidmaschinen über Hilfsgasoptionen wie Stickstoff oder Sauerstoff. Diese Gase treten aus der Düse des Schneidkopfs aus und reinigen das geschnittene Teil. Sie verhindern, dass geschmolzene Rückstände auf dem Schnitt verbleiben.
Auf diese Weise kann der Laserstrahl das Werkstück reibungslos weiterschneiden. Außerdem verhindern diese Hilfsgase die Gefahr der Oxidation, die ein großes Problem für die Qualität des Schnitts darstellen könnte. Die Düse des Schneidkopfs hat eine kleine Öffnung. Wenn ein Laser zum Schneiden des Materials herauskommt, öffnet sich die zweite Öffnung. Infolgedessen kommt der Assistent heraus, um das geschnittene Teil zu reinigen.
Welche Materialien können mit dem Laser geschnitten werden?
Laserschneidmaschinen sind in Bezug auf ihre Kompatibilität sehr vielseitig. Sie können problemlos jedes Material mit beliebiger Dicke schneiden und formen. Manche Materialien lassen sich jedoch besser schneiden als andere. Es gibt jedoch kein Material, das nicht mit modernen Laserschneidmaschinen geschnitten werden kann.
Denken Sie daran, dass alle Metalle mit Laserschneidmaschinen geschnitten werden können. Allerdings wirkt sich die Dicke des Materials auf den Betrieb von Lasermaschinen aus. Dickeres Material erfordert zum Beispiel einen energiereichen Laserstrahl und umgekehrt. Interessanterweise verfügen moderne Maschinen über Einstellmöglichkeiten. Die Bediener können die Intensität des Laserstrahls leicht einstellen.
Die Hersteller können Metalle und Nichtmetalle beliebiger Dicke schneiden. Einige reflektierende Materialien stellen jedoch eine Herausforderung für Laserschneidmaschinen dar. Sie reflektieren den Laserstrahl (das Licht) und vergeuden so einen Teil der Energie des Laserstrahls. Mit der richtigen Technik und den richtigen Lasertypen können jedoch auch solche Materialien geschnitten werden.
Schnelles Highlight: Einige Materialien entwickeln beim Laserschneiden Dämpfe. Einige Beispiele sind PVC und chlorierte Kunststoffe. Diese Dämpfe können für den Menschen giftig sein. Daher empfehle ich das Tragen von Schutzausrüstung wie Handschuhen und Masken. Das Einatmen solcher Dämpfe kann Allergien und andere Gesundheitsprobleme verursachen.
Schlussfolgerung
Der Prozess des Laserschneidens ist komplex und verwirrend. Um ihn zu verstehen, sind Grundkenntnisse über die Komponenten der Maschine erforderlich. In diesem Artikel habe ich sowohl die Komponenten dieser Maschinen als auch ihre Funktionsweise erklärt. Selbst wenn Sie ein Neuling sind, ist es nicht mehr schwer zu verstehen, wie Lasermaschinen funktionieren.
Denken Sie daran, dass es einen Unterschied zwischen alten und modernen Laserschneidmaschinen gibt. Diese Unterschiede liegen jedoch in ihren zusätzlichen Funktionen. Die drei wesentlichen Funktionen beider Maschinen sind fast gleich. Die alten Maschinen ohne CNC-Steuerung sind billiger und erfordern mehr menschlichen Einsatz. Auf der anderen Seite bieten moderne Laserschneidmaschinen eine außergewöhnliche Präzision.