Laserschneiden Metall, titan laserschneiden

Laserschneiden

Laserschneiden ist einer der größten Anwendungsbereiche der

Materialbearbeitung und Faserlaser haben sich in

unterschiedlichsten Branchen durchgesetzt.

                   

IPG bietet zuverlässige Faserlaser für jede Anwendung,

von gepulsten Lasern zum Präzisionsschneiden von dünnen

Metallen bis hin zu CW-Lasern für die Bearbeitung einer

Vielzahl an Materialien. Dazu zählt das Laserschneiden von

Metall, beispielsweise Stahl oder Kupfer. Aber auch das

Laserschneiden von Polymeren bzw. Kunststoff ist möglich.

Beim Laserschneiden wird das Material mit einem fokussierten Laserstrahl erhitzt. Wenn das Material schmilzt, wird es mittels Gasstrahl oder Verdampfung effektiv abgetragen, sodass eine Schnittfuge entsteht. Es werden drei grundlegende Verfahren beim Laserschneiden unterschieden:

                       

Verfahren für das Laserschneiden

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Beim Schmelzschneiden wird der Laserstrahl koaxial mit einem Edelgas wie Stickstoff oder Argon kombiniert. Durch die vom Laserstrahl erzeugte Wärme entsteht eine Schmelzschicht, die durch den Gasdruck aus der Düse nach unten aus der Schnittfuge getrieben wird. Schmelzschneiden kann zum Laserschneiden von Aluminium und Baustahl mit einer Dicke von bis zu 25 mm verwendet werden.

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Ein weiteres Verfahren zum Laserschneiden ist das Brennschneiden, bei dem ein Laserstrahl mit Sauerstoff oder Luft als Schneidgas verwendet wird, um das Werkstück auf seine Zündtemperatur zu erhitzen. Während die vom Laser erzeugte Hitze die Oberfläche schmilzt, geht das Gas eine exotherme Reaktion mit dem Werkstück ein und wirkt als eine zusätzliche Wärmequelle, um eine Oxidschicht oder Schlacke zu bilden. Wenn der Gasstrom die Schlacke von der Unterseite des Werkstücks entfernt, entsteht eine Schnittfuge. Das Brennschneiden wird oft genutzt, um Stahllegierungen wie Karbonstahl bzw. generell Baustahl zu schneiden. Bei diesem Verfahren können Materialdicken von bis zu 40mm bei schnellen Prozessgeschwindigkeiten problemlos geschnitten werden.

Beim Sublimier- bzw. Verdampfungsschneiden wird die Schicht in der Regel auf den Verdampfungspunkt erhitzt. Dieses Verfahren für das Laserschneiden wird in der Regel für Materialien mit niedrigen Verdampfungstemperaturen verwendet, z. B. Kunststoff, Holz und organische Materialien.

 

Faserlaser verfügen über einen dynamischen Leistungsbereich, sodass der Strahlfokus und seine Position auch dann konstant bleiben, wenn die Laserleistung geändert wird. Darüber hinaus kann durch Ändern der Optikkonfiguration eine Vielzahl von Spotgrößen erreicht werden. Diese Eigenschaften ermöglichen dem Endnutzer, die jeweils geeignete Leistungsdichte zum Laserschneiden unterschiedlicher Materialien und Wandstärken passgenau auszuwählen. Die Faserlaser von IPG sind die ideale Lösung für viele Anwendungen für das Laserschneiden.

Metallarten

Edelstahl  Carbonstahl Gold & Silber Aluminium
Werkzeugstahl Nickellegierungen Messing & Kupfer Titan

laserschneidmaschinen

Die Wahl des passenden Verfahrens für das Laserschneiden ist in hohem Maße abhängig von der Materialart und -stärke sowie der erforderlichen Bearbeitungsgeschwindigkeit, Qualität der Schnittkante und Schnittfugenbreite. Diese Anforderungen bestimmen Laserparameter wie Wellenlänge, Leistung und Strahlqualität.

Die Singlemode-Faserlaser von IPG im CW- oder modulierten Modus eignen sich aufgrund ihrer Fähigkeit, den Strahl auf die kleinsten Spotgrößen zu fokussieren, ideal zum Laserschneiden von dünnen Metallen (weniger als 1 mm). Die hohen Leistungsdichten, die mit kleiner Spotgröße und herausragender Strahlqualität einhergehen, ermöglichen das Schneiden komplexer Elemente mit hoher Geschwindigkeit. Zu den Anwendungen zählen kardiovaskuläre Stents, Lötmaskenschablonen und das Laserschneiden von dünnem Kupfer, was insbesondere in der Batterieindustrie eingesetzt werden kann. In vielen Fällen wird zum Laserschneiden ein Hochgeschwindigkeitsgalvanometer verwendet, um die optimale Geschwindigkeit bei den Faserlasern einzustellen. 

QCW-Faserlaser mit optimierten Pulsen ermöglichen auch das Laserschneiden komplexer Elemente aus dünnem Material. Das Laserschneiden im gepulsten Modus führt zu minimaler Schlackenbildung und kleiner Wärmeeinflusszone (WEZ), die für viele Schneidprozesse und Mikrobearbeitungsanwendungen entscheidend sind.

 

 

Beim Laserschneiden mit geringer Einschaltdauer wird eine hohe Pulsenergie zum Schneiden von dünnwandigen und dickeren stark reflektierenden Materialien verwendet, wobei die durchschnittliche Leistung deutlich niedriger ist. Laserschneiden im gepulsten Modus findet beispielsweise bei Keramik und Edelmetallen Anwendung. Mit den QCW-Lasern höherer Leistung, die eine gepulste Leistung von 20 kW und eine durchschnittliche Leistung von 2 kW aufweisen, ist es nun möglich, sowohl dicke als auch dünne Materialien mit ein- und demselben Laser zu schneiden. Zudem sind diese Laser das „Arbeitspferd“ für Bohranwendungen mit Materialdicken über 25 mm in der Luft- und Raumfahrtbranche.

Im Vergleich zu CO2-Lasern sind die Bearbeitungszeiten beim Laserschneiden mit Faserlasern bei gleicher Ausgangsleistung, gleichem Material und gleicher Materialdicke deutlich kürzer. Darüber hinaus ist der Stromverbrauch eines Faserlasers erheblich geringer als der eines CO2-Lasers. Der Gesamtwirkungsgrad eines CO2-Lasers liegt in der Regel bei 9 %, während der eines Faserlasers mindestens 35 % beträgt. Laser der YLS-ECO-Serie weisen sogar Gesamtwirkungsgrade von mehr als 50 % auf. Durch ihre hohe Benutzerfreundlichkeit und beinahe vollständige Wartungsfreiheit sind IPG-Faserlaser die ideale Lösung für das Laserschneiden von Metallen. Im Bereich der Schneidanwendungen werden CO2-Laser zusehends durch Faserlaser verdrängt. Die größten OEMs haben bereits heute auf faserbasierte Schneidemaschinen umgestellt oder befinden sich in der Umstellung. Die Laserschneidmaschinen sind mit Faserlasern von 500 W bis 6 kW erhältlich und bieten dem Benutzer die Möglichkeit, sowohl Bleche als auch Metallplatten auf derselben Maschine zu schneiden. Zudem ermöglichen die Laser durch die höhere Lichtabsorption von 1 Mikrometer auch das Laserschneiden von Messing, Aluminium und Kupfer mit hoher Produktionsleistung.

 

Die CW-Multimode-Hochleistungslaser können zum Laserschneiden von Fein- und Grobblechen für eine Vielzahl von Anwendungen verwendet werden. Durch die große Schärfentiefe und kleinen Spotgrößen werden selbst bei dicken Metallen kleine Schnittfugen und gerade Kanten erzielt. Die Schnittfugenbreite und das Ausbleiben von Winkelfehlern sind eine große Verbesserung im Vergleich zu alternativen Schneidverfahren. Zu den gängigen Anwendungen der Multi-mode-Hochleistungslaser zählen das Laserschneiden von Nietlöchern in Aluminium- und Titanlegierungen in der Luft- und Raumfahrtbranche und das Laserschneiden von Grobblechen in der Schiffsbau- und Stahlindustrie.

IPG-Faserlaser können auch in robotergeführten Systemen für das 3D-Laserschneiden installiert werden. Diese Systeme sind eine zuverlässige und effiziente Methode für das Laserschneiden von Metallplatten und -blechen mit reduziertem Energiebedarf und kürzeren Bearbeitungszeiten. In die Systeme integrierte IPG-Schneidköpfe ermöglichen die kapazitive Abstandsregelung unter Verwendung eines Linearantriebs. Typische Anwendungen sind das 3D-Laserschneiden von Rohren, die im Hydroform-Verfahren hergestellt wurden, sowie anderen Karosserieteilen. Diese zukunftsweisenden Systeme bieten durch die zusätzliche Möglichkeit des Schneidens flacher Werkstücke mehr Flexibilität.

Moduliertes und gepulstes Laserschneiden im Vergleich

Alle CW-Faserlaser von IPG können zum Laserfeinschneiden auf mehrere kHz moduliert werden. IPG verfügt über eine einzigartige Palette von Produkten mit höherer Spitzenleistung, die die Verwendung eines innovativen gepulsten Schneidverfahrens erlauben.  Diese Laser werden als QCW-Faserlaser bezeichnet. Im Fall dieser Laser wird beim Schneidprozess mit geringer Einschaltdauer eine hohe Pulsenergie zum Laserschneiden und -bohren von dickwandigen und stark reflektierenden Materialien verwendet, wobei die durchschnittliche Leistung deutlich niedriger ist.

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