Lasersnijden is een populaire metaalproductie technologie. Het maakt gebruik van een krachtige, zeer gerichte laserstraal om het werkstuk (materiaal) te snijden. Moderne lasersnijders maken gebruik van CNC-technologie, wat de precisie verhoogt. Er zijn verschillende soorten lasersnijden. Elke methode verschilt in veel opzichten van de andere.
Sommige zijn ideaal voor het snijden van metalen, terwijl andere geschikt zijn voor niet-metalen. Bovendien verschillen lasersnijmethoden in kosten en prijzen. Inzicht in lasersnijden is essentieel, vooral als je metaal maakt. Dit artikel bespreekt alle ins en outs van deze lasersnijmethoden.
Basisprincipes van lasersnijtechnologie
In een vorig artikel besprak ik de basisprincipes van lasersnijtechnologie en de werkingsprincipes. Als je een nieuweling bent, raad ik je aan om dat artikel eerst te lezen. Het zal je helpen om lasertypes beter te begrijpen. Laten we een kort overzicht geven van deze technologie.
Lasersnijden is een geavanceerde technologie die gebruik maakt van hoogenergetische, sterk gefocuste laserstralen. Deze laserstralen worden gericht op de gewenste plek. Omdat deze lasers een zeer hoge energie hebben, kunnen ze het metaal of materiaal gemakkelijk smelten. Op deze manier maken deze lasers effectief sneden in het materiaal.
In het verleden was lasersnijden een meer handmatig proces. De operator moest de laserkop gebruiken en de laser op de materialen richten. De moderne lasersnijmachines hebben echter CNC-systemen. Deze machines gebruiken computergestuurde instructies die door operators worden gegeven om de materialen te snijden. De laserkop beweegt volgens de richting van het geautomatiseerde systeem.
Door de betrokkenheid van CNC is lasersnijden een contactloos proces geworden. Je hoeft de laserkop niet vast te houden of je zorgen te maken over de uitlijning van het werkstuk. De lasermachines zijn zo geavanceerd dat ze voor alles zorgen. Het enige wat je hoeft te doen is de juiste computergestuurde of G-gecodeerde instructies invoeren. De laserkop beweegt en snijdt het materiaal.
Soorten lasersnijden
Zoals ik al eerder zei, verschillen snijmethoden in veel opzichten. Deze omvatten onder andere hun snelheid, kosten en compatibiliteit met het materiaal. In het onderstaande gedeelte bespreken we alle populaire soorten lasersnijden. Dus laten we beginnen!
1- CO₂ Lasersnijden
Deze snijmethode op basis van laser is erg populair bij kleine en middelgrote bedrijven. Voor de bewerking wordt een mengsel van verschillende gassen gebruikt. Het mengsel bevat koolstofdioxide (CO₂), stikstof en helium. Daarnaast worden ook enkele hulpgassen, zoals stikstof, gebruikt om het snijgebied te reinigen.
Deze hulpgassen blazen ook het puin weg dat bij het snijden ontstaat. Voor deze methode is elektrische energie nodig. Deze energie wekt het gasmengsel op. Hierdoor wordt een krachtige laserstraal geproduceerd. Deze straal is echter niet erg gefocust of geconcentreerd. Deze laser wordt onder de laserkop geconfronteerd met meerdere spiegels en lenzen.
Deze lenzen maken deze lasers meer gefocust en geconcentreerd. Hierdoor gaat de laserstraal naar de gewenste plek en smelt het materiaaloppervlak. De energie van deze stralen is zo hoog dat het zelfs materialen kan doen verdampen. De CO₂ lasersnijmethode is ideaal voor niet-metalen materialen zoals hout, leer, glas en kunststof.
Als je het gebruikt om metalen of reflecterende materialen te snijden, zal de effectiviteit en efficiëntie sterk afnemen. Hier is een tabel met de voor- en nadelen van CO₂-lasersnijden:
| Voordelen | Nadelen |
| Hoge precisie, | Niet voor dikke/reflecterende metalen |
| Werkt op veel niet-metalen. | Langzamer op metalen |
| Geweldig om te graveren | Omvangrijke machine |
| Soepele, zuivere sneden. | Regelmatig onderhoud nodig |
| Lagere kosten dan vezellasers, | Hoger energieverbruik |
2-vezellasersnijden
Fiberlasersnijden is een geavanceerdere en superieure optie dan CO₂-lasersnijden. Het maakt geen gebruik van een mengsel van verschillende gassen om lasers te produceren. In plaats daarvan wordt licht versterkt om de laser te creëren. Eerst wordt er energie toegevoegd aan het materiaal (vezel). Deze toevoeging van energie in vezels prikkelt de atomen van deze materialen.
Bij deze excitatie van atomen komt energie vrij in de vorm van fotonen. Interessant is dat deze fotonen niet onbeweeglijk zijn, maar terugkaatsen binnen de lasermachines. Door hun beweging of botsing van fotonen worden andere atomen verder geprikkeld. Dit resulteert in de gestimuleerde emissie van energie. De machines bestaan uit twee spiegels, waar de fotonen willekeurig op inslaan.
Eén spiegel wordt gedeeltelijk verwijderd en de energie, in de vorm van een laserstraal, ontsnapt uit de machine. Deze laserstraal wordt vervolgens op de gewenste plek op het materiaal gericht. Omdat deze laser een zeer hoge energie heeft, smelt en snijdt hij de materialen. In tegenstelling tot CO₂-lasersnijden kan deze methode gemakkelijk metalen en reflecterende materialen snijden.
De laser heeft een uitstekende snijkracht, waardoor hij door robuuste materialen kan snijden. Dit zijn onder andere roestvrij staal, aluminium en messing. De technologie is vooral effectief voor precisiecomponenten zoals SMT-stencils. Het kan echter iets langzamer zijn bij het snijden van niet-metalen, zoals hout of glas. De initiële kosten van fiberlasersnijden zijn erg hoog, wat een nadeel is. Toch beschouw ik deze methode als kosteneffectiever.
Hier is een tabel met de voor- en nadelen van fiberlasersnijden:
| Voordelen | Nadelen |
| Snel en nauwkeurig metaal snijden, | Niet goed voor niet-metalen |
| Kan reflecterende metalen snijden. | Hogere machinekosten |
| Weinig onderhoud, | Heeft een getrainde operator nodig |
| Verbruikt minder elektriciteit. | Instellen en leren kost tijd |
| Lange levensduur van de laser, | Niet ideaal voor kleine of hobbyprojecten |
3- Kristal lasersnijden
Deze lasersnijmethode is krachtiger maar gaat minder lang mee dan fiber of CO2 lasersnijden. Het maakt gebruik van vastestof kristallen om de laserstralen te genereren. Deze veelgebruikte kristallen zijn onder andere:
- Nd: YVO (neodymium-gedoteerd yttriumorthovanadaat)
- Nd: YAG (neodymium-gedoteerd Yttrium Aluminium Garnet)
Deze hogere energie wordt aan deze kristallen geleverd. Hierdoor absorberen de atomen in deze kristallen de energie. Hierdoor gaan de elektronen van deze atomen naar een hogere energietoestand. Wanneer deze elektronen terugkomen, geven ze een grote hoeveelheid energie af in de vorm van fotonen.
Deze fotonen botsen tegen spiegels in de laserbuis en kaatsen herhaaldelijk terug. Als gevolg daarvan exciteren ze andere elektronen, die vervolgens energie vrijgeven in de vorm van fotonen. Deze kettingreactie gaat door met het genereren van meer fotonen, wat resulteert in laserstralen met een hogere energie. Deze laserstraal wordt vervolgens op het materiaal gericht om het te snijden.
Interessant is dat deze snijmethode een hoge bundel met een hogere vermogensdichtheid levert. Daarom kan het door de sterkste materialen snijden, zoals metalen en keramiek. Kristallasersnijmachines zijn minder duurzaam en hebben een kortere levensduur dan vezel- en CO2-lasermethoden. Hier is een tabel met hun prominente voor- en nadelen:
| Voordelen | Nadelen |
| Zeer nauwkeurig snijden, | Kortere levensduur |
| Snijdt harde materialen, | Hoge kosten |
| Geweldig voor fijne details, | Hitte-/vochtigheidsgevoelig |
| Hoog vermogen in een klein formaat, | Complexe opstelling |
| Lage hitteschade in gepulseerde modus, | Minder energie-efficiënt |
4- Direct diodelasersnijden
Dit type lasersnijden maakt gebruik van een klein onderdeel dat bekend staat als een laserdiode. Het is een halfgeleider en helpt bij het efficiënt produceren van krachtige laserstralen. Eerst vloeit er stroom in deze diodes. Deze levert energie aan de atomen van de diodes. Hierdoor absorberen de elektronen van deze atomen energie en springen ze naar een hogere energietoestand.
Bij terugkeer naar een lagere energietoestand geven ze energie af in de vorm van fotonen. Deze fotonen veroorzaken verder een gestimuleerde energieafgifte door andere atomen te prikkelen. Hierdoor worden krachtige laserstralen geproduceerd. Interessant is dat de gebruikte laserdiodes aan één kant een spiegel hebben. Door deze gedeeltelijke opening van de spiegel kan de laser ontsnappen.
Zodra de lasers ontsnappen, worden ze op het materiaal gericht en snijden ze het effectief. Dit type lasersnijden is geschikt voor het snijden van dun materiaal. Het snijdt echter niet als het materiaal te dik of te dicht is. Wat ik leuk vind aan deze snijmethode is dat het energieverbruik erg laag is. Het wordt vaak gebruikt bij lasermarkeren, solderen en oppervlaktestructurering.
Hier is een tabel met de voor- en nadelen van direct diode lasersnijden:
| Voordelen | Nadelen |
| Hoge energie-efficiëntie, | Niet ideaal voor dikke metalen |
| Compact en lichtgewicht, | Lager vermogen |
| Weinig onderhoud, | Beperkt materiaalbereik |
| Snel voor dunne materialen, | Zwakkere balkkwaliteit |
| Lagere bedrijfskosten, | Ondiepe snijdiepte |
Soorten lasersnijden gebaseerd op de snijmethode
In het vorige hoofdstuk heb ik verschillende soorten lasersnijden besproken. Deze typen verschillen van elkaar wat betreft de laserbron. Bij CO2 lasersnijden bijvoorbeeld, is een mengsel van verschillende gassen de laserbron. Ook vezellasersnijden maakt gebruik van optische vezels als laserbron.
Crystals en DDL maken respectievelijk gebruik van kristallen in vaste toestand en piepkleine diodes om lasers te genereren. Toch? Sommige soorten lasersnijden zijn echter gebaseerd op de methode die wordt gebruikt om het materiaal te snijden. Sommige lasersnijmethoden maken bijvoorbeeld gebruik van hitte om het materiaal te smelten, waardoor nauwkeurig snijden mogelijk is. Aan de andere kant zijn er lasertypes waarbij het materiaal niet smelt.
In plaats daarvan verdampen ze de beoogde plek om het materiaal te snijden. Deze lasersnijmethoden maken gebruik van de eerder genoemde lasertypes. Hier is een tabel die de soorten lasersnijden toont op basis van hoe ze materiaal snijden:
| Lasersnijmethode | Hoe elke methode het materiaal of werkstuk snijdt | Gebruikte lasertypes |
| Fusion lasersnijden | Smelt materiaal; gesmolten metaal wordt weggeblazen door gas | Vezellaser, CO₂-laser |
| Lasersnijden met verdamping | Verdampt materiaal direct in gas - geen smelten van materiaal | CO₂-laser, Nd:YAG-laser |
| Lasersnijden op afstand | Smelt dun materiaal door alleen straal te gebruiken (geen hulpgas) | Vezellaser |
| Zuurstof Lasersnijden | Verwarmt en oxideert materiaal met behulp van zuurstofgas | CO₂-laser, fiberlaser |
Hoe kies je de juiste lasersnijmethode?
Het kiezen van de juiste lasersnijmethode kan een verwarrend proces zijn. Door deze verwarring kies je misschien het verkeerde type laser. Dit heeft invloed op zowel de kwaliteit van de sneden als het budget van je project. Hier zijn enkele belangrijke factoren waarmee je rekening moet houden bij het kiezen van een lasersnijmethode. Dit helpt je het juiste type te kiezen voor jouw behoeften
- Type materiaal: Eerst moet je bepalen met welk type materiaal je werkt. Als je een niet-metalen materiaal hebt, raad ik aan om een CO₂-laser te kiezen. Fiberlasersnijden is daarentegen het meest geschikt voor metalen en sterk reflecterende materialen.
- Dikte materiaal: De efficiëntie van een lasersnijmethode verschilt wanneer de materiaaldikte verandert. Voor zwaardere en dikkere materialen moet je kristal- of fiberlasers kiezen. Aan de andere kant is DDL (Direct Diode Laser) de beste optie voor dunne materialen.
- Productievolume: Elke lasersnijmethode heeft zijn eigen beperkingen wat betreft het productievolume dat het aankan. Ik raad aan om een fiber lasersnijmethode te kiezen als je een bedrijf hebt opgericht. Met deze methode kun je meer onderdelen snijden in minder tijd, waardoor je zelfs de strengste deadlines kunt halen.
- Precisie en kwaliteit: Fabrikanten geven over het algemeen de voorkeur aan precisie en kwaliteit van de sneden tijdens de productie. Toch? Als dat je eis is, moet je kiezen voor kristal lasersnijden. Hoewel het duur is, produceert het fijne, gedetailleerde en gladde sneden dankzij de hogere straalkwaliteit.
- Budget en snelheid: Ik beschouw de fiberlaser als de beste optie, omdat de kosten in het middensegment liggen en de snelheid enorm is. CO₂-lasersnijden is minder duur maar langzamer, wat de productiviteit kan beïnvloeden. Het snijden met kristallasers is eersteklas en erg duur, wat ik niet aanbeveel.
Conclusie
Lasersnijtechnieken spelen een cruciale rol bij de vervaardiging van metalen. De krachtige laserstraal kan gemakkelijk materiaal van elke sterkte snijden. De verschillende soorten lasersnijden verschillen echter in effectiviteit. Sommige zijn geschikt voor het snijden van metalen materialen.
Aan de andere kant blinken sommige lasersnijmethoden uit in het snijden van niet-metalen materialen. In dit artikel heb ik de vier belangrijkste typen uitgelegd, gecategoriseerd op basis van hun laserbron. Dit artikel geeft ook een overzicht van lasertypes op basis van hun snijmogelijkheden. Tot slot leer je welke lasersnijtechniek het meest geschikt is voor jouw behoeften.