Laserschneiden

Laserschneiden ist einer der größten Anwendungsbereiche der

Materialbearbeitung, und Faserlaser haben sich in

unterschiedlichsten Branchen durchgesetzt.

                   

IPG Photonics bietet zuverlässige Faserlaserlösungen

für jede Anwendung, von gepulsten Lasern zum

Präzisionsschneiden von dünnen Metallen bis

zu CW-Lasern für die Bearbeitung einer

Vielzahl von Materialien.

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.  Drei grundlegende Arten von Laserschneidmethoden werden unterschieden:

                       

Laserschneidverfahren

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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 Schneiden von Baustählen mit einer Stärke von bis zu 25 mm verwendet werden.  

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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 Schneiden von Baustählen mit einer Stärke von bis zu 25 mm verwendet werden.  

Beim Sublimier- bzw. Verdampfungsschneiden wird die Schicht in der Regel auf den Verdampfungspunkt erhitzt. Dieses Schneidverfahren wird in der Regel für Materialien mit niedrigen Verdampfungstemperaturen verwendet, z. B. Polymere, 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 Endbenutzer die Auswahl einer geeigneten Leistungsdichte zum Schneiden unterschiedlicher Materialien und Wandstärken. Die Faserlaser von IPG sind die ideale Lösung für viele Laserschneidanwendungen.

 

Metallarten

Edelstahl & Stahl Karbonstahl Gold & Silber Aluminium
Glas & Keramik Nickellegierungen Messing & Kupfer Titan

 

Jedes Schneidverfahren ist in hohem Maße abhängig von der Materialart und -stärke sowie der erforderlichen Bearbeitungsgeschwindigkeit, Kantenqualität und Schnittfugenbreite. Diese Anforderungen bestimmen Laserparameter wie Wellenlänge, Energie 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 Schneiden von dünnen Metallen (weniger als 1 mm). Die mit der kleinen Spotgröße und herausragenden Strahlqualität einhergehenden hohen Leistungsdichten ermöglichen das Schneiden komplexer Elemente mit hoher Geschwindigkeit. Zu den Anwendungen zählen kardiovaskuläre Stents, Lötmaskenschablonen und das in der Batterieindustrie erforderliche Schneiden von dünnem Kupfer.In vielen Fällen wird zur Anpassung an die bei Faserlasern mögliche Geschwindigkeit ein Hochgeschwindigkeitsgalvanometer zum Schneiden verwendet.   

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

 

 

Beim Schneidprozess mit geringer Einschaltdauer wird eine hohe Pulsenergie zum Schneiden von dünnwandigen und dickeren stark reflektierenden Materialien verwendet, wobei die durchschnittliche Leistung deutlich niedrigerer 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 demselben Laser zu schneiden. Zudem sind diese Laser das „Arbeitspferd“ für Bohranwendungen mit Materialstärken über 25 mm in der Luft- und Raumfahrtbranche.

Im Vergleich zu CO2-Lasern sind die Bearbeitungszeiten bei Faserlasern bei gleicher Ausgangsleistung, gleichem Material und gleicher Materialstärke deutlich kürzer. Darüber hinaus ist ihr Stromverbrauch 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 Gesamtwirkungsgrade von mehr als 45 % auf). Durch ihre hohe Benutzerfreundlichkeit und fast völlige Wartungsfreiheit, sind IPG-Faserlaser die ideale Lösung für das Schneiden von Metallen. Im Bereich der Schneidanwendungen werden CO2-Laser zusehends durch Faserlaser verdrängt. Die größten OEMs stellen heute auf faserbasierte Schneidemaschinen um oder bieten diese bereits an. Die Maschinen sind mit Faserlasern von 2 bis 6 kW erhältlich und bieten dem Benutzer die Möglichkeit, sowohl Bleche als auch Metallplatten auf derselben Maschine zu schneiden. Zudem können mit den Lasern durch die höhere Lichtabsorption von 1 Mikrometer auch Messing, Aluminium und Kupfer mit hoher Produktionsleistung geschnitten werden.

 

Die CW-Multimode-Hochleistungslaser können zum Schneiden 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 Hochleistungs-Multimode-Laser zählen das Schneiden von Nietlöchern in Aluminium- und Titanlegierungen in der Luft- und Raumfahrtbranche und das Schneiden von Grobblechen in der Schiffbau- und Stahlindustrie.

IPG-Faserlaser können auch in robotergeführten Systemen für 3D-Schneidanwendungen installiert werden. Diese Systeme sind eine zuverlässige und effiziente Methode zum Schneiden 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-Schneiden von im Hydroform-Verfahren hergestellten Rohren sowie anderen Karosserieteilen. Diese zukunftsweisenden Systeme bieten durch die zusätzliche Möglichkeit des Schneidens flacher Werkstücke mehr Flexibilität.

Moduliertes und gepulstes Schneiden im Vergleich

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

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