Grundlagen des Laserschneidens: Leitfaden zur Auswahl des richtigen Hilfsgases

Während des Laserschneidprozesses ist das von Ihnen gewählte Hilfsgas dafür verantwortlich, die Rückführung von Schlacke zu verhindern und die Laserkopflinse zu schützen.

Inhaltsverzeichnis

Die Auswahl des richtigen Gastyps für das Projekt, das Sie abschließen werden, stellt sicher, dass dies effizienter durchgeführt wird. Aus diesem Grund gehen wir in diesem Beitrag auf die verschiedenen Arten von Hilfsgasen ein, die für diesen Zweck geeignet sind, und auf die allgemeinen Vor- und Nachteile des Laserschneidens.

Was ist Laserschneiden?

Laserschneiden

Was ist Laserschneiden? Ein Laserschneider ist ein Prototyping- und Fertigungswerkzeug, das hauptsächlich von Ingenieuren, Designern und Künstlern zum Schneiden und Ätzen in flaches Material verwendet wird das „einen dünnen, fokussierten Laserstrahl verwendet, um Materialien zu durchbohren und zu schneiden, um Muster und Geometrien auszuschneiden, die von Designern angegeben wurden“, so Instructables.

Es wird hauptsächlich in der Fertigung verwendet, aber verschiedene Bereiche beginnen damit, es zu nutzen. Dies gilt insbesondere, wenn Sie all die verschiedenen Materialien berücksichtigen, für die Laserschneiden verwendet werden kann:

  • Metallindustrie
  • Papier
  • Holz
  • Kork
  • Acryl
  • Foam
  • Und vieles mehr

Im Allgemeinen gibt es sehr wenig, was ein Laserschneider nicht schneiden kann. Dazu gehören Polycarbonat, Kohlenstoff, PVC, PVB und Leder, das Chrom enthält. Diese Materialien könnten schmelzen und die Laserschneidmaschine selbst beschädigen. Andere können schädliche Chemikalien freisetzen, wenn der Laser angewendet wird.

Was sind die Grundprinzipien des Laserschneidens?

Ein Laserschneider verwendet Optik und computergestützte numerische Steuerung (CNC), um einen Hochleistungslaser so zu lenken, dass er ein bestimmtes Muster in ein ausgewähltes Material schneidet. Bei diesen Schneidstoffen handelt es sich im Sinne unserer Zwecke in erster Linie um metallische Werkstoffe.

Der Laserstrahl wird durch elektrische Entladungen innerhalb eines geschlossenen Behälters erzeugt. Manchmal verwenden diese Lampen anstelle von elektrischer Entladung. Dann werden die Materialien im Behälter tatsächlich verstärkt. Dies geschieht durch einen Teilspiegel, der die Energie zurückreflektiert, um sie aufzubauen und ein Laserlicht zu erzeugen.

Der Laserschneider fokussiert dieses Licht dann mit noch mehr Spiegeln/Faseroptiken auf die spezifische Stelle, wo es benötigt wird. Von dort aus kann das Licht oder der Strahl verwendet werden, um verschiedene Metallmaterialien zu verbrennen oder zu schmelzen. Dies geschieht mit Hilfe eines Gases (bekannt als Hilfsgas), auf das wir gleich noch eingehen werden.

Der Laser kann mehr oder weniger Leistung verbrauchen und das zur Unterstützung verwendete Gas kann eine höhere oder niedrigere Durchflussrate haben. Diese unterschiedlichen Kombinationen sowie unterschiedliche Arten von Gasen funktionieren jeweils für unterschiedliche Materialien, einschließlich jedes der oben diskutierten.

Verschiedene Arten von Laserschneidemaschinen

Laser-Schneide-Maschine

Es gibt mehrere verschiedene Arten von Laserschneidern zu berücksichtigen, wenn Sie nach Metallschneidemöglichkeiten suchen. Diese beinhalten:

  • Neodym
  • Neodym Yttrium-Aluminium-Granat
  • C02-Laserschneidmaschinen

Jede dieser Maschinen ist so konzipiert, dass sie verschiedene Arten von Produkten mit etwas Gas schneiden kann. Egal, ob Sie gewalzten Stahl, Aluminiumlegierungen, Kohlenstoffstahl, Edelstahl, Hochspannungsplatten oder andere Metallmaterialien schneiden möchten, eine Lasermaschine steht zur Unterstützung dieses Prozesses zur Verfügung.

Neodym & Neodym Yttrium-Aluminium-Granat

Neodym-Lasermaschinen und Neodym-Yttrium-Aluminium-Granat (Nd:YAG)-Maschinen sind eigentlich insgesamt nahezu identisch. Der Unterschied besteht darin, dass Neodym für Situationen verwendet wird, in denen eine hohe Energie zum Bohren mit geringer Wiederholung benötigt wird. Andererseits wird Nd:YAG zum Hochleistungsbohren oder für Gravurprozesse verwendet.

CO2

CO2-Lasermaschinen eignen sich gut zum Schneiden, Bohren und Gravieren. Diese Maschinen verwenden eine Art Gasgemisch oder Hochfrequenz, durch die ein elektrischer Strom fließt. Durch diesen Vorgang entsteht ein kleiner Fleck, der für präziseres Arbeiten genutzt werden kann.

Faserlaser-Schneidemaschine

Faserlaser sind eine Option, die hier ebenfalls erwähnt werden sollte. Diese Lasertypen verwenden kein Hilfsgas oder anderes Inertgas. Stattdessen verwenden Faserlaser ein sogenanntes "festes Verstärkungsmedium". Dies ist ein Vorteil für diejenigen, die einen möglichst kleinen Punkt wünschen, da sie einen Strahl erzeugen, der noch kleiner ist als der von C02.

Wasserkraft-Lasermaschinen

Es ist auch wichtig zu erwähnen, dass der Laser-Mikrostrahl tatsächlich „nass“ statt „trocken“ schneidet. Es verwendet die Kombination eines Laserstrahlimpulses mit einem Niederdruckwasserstrahl, der den Strahl tatsächlich führt (und nicht mit einem Gasstrahl). Dies ist ein Vorteil in Situationen, in denen Sie eine hohe Würfelgeschwindigkeit, omnidirektionales Schneiden oder parallele Schnittfugen wünschen. Außerdem kühlt es das Material beim Schneiden.

Was ist Hilfsgas?

Was ist Hilfsgas? Laut Law Insider ist es das „eine Substanz, die in einer Verbrennungsanlage verbrannt wird, um zusätzliche Wärme zu liefern, um eine Temperatur zu erreichen, die ausreichend hoch ist, um Abfallstoffe zu trocknen und zu entzünden und die Entzündung der Abfallstoffe aufrechtzuerhalten, die jedoch niemals mit den Abfallstoffen in Kontakt kommt.“

Eine andere Definition, ebenfalls von Law Insider, lautet „Erdgas, Propan, Butan, destilliertes Heizöl oder andere Brennstoffe, die frei von toxischen Verbindungen sind und nicht mehr als 0.5 % nicht brennbare Partikel enthalten“.

Beim Laserschneiden handelt es sich bei diesen Hilfsgasen vor allem um Sauerstoff, Stickstoff, Luft und Argon, die jeweils auf unterschiedliche Weise zum Schneiden unterschiedlicher Materialien eingesetzt werden.

Vorteile von Hilfsgas beim Laserschneiden

  • Schlacke aus dem Koaxialschlitz entfernen.
  • Reduzieren Sie die Wärmeeinflusszone des Objekts.
  • Verhindern Sie Verschmutzung und Überhitzung der Schutzscheibe.
  • Schützen Sie das Grundmaterial (abhängig von Ihrem Hilfsgas).
  • Schneidleistung verbessern.
  • Schnittgeschwindigkeit verbessern.
  • Schnittqualität verbessern.
  • Weitere Vorteile in Bezug auf spezifische Gas- und Materialkombinationen.

Die Bedeutung der Auswahl eines geeigneten Hilfsgases für das Laserschneiden

Warum spielt das Hilfsgas eine Rolle? Warum können Sie nicht alles nutzen, was Sie gerade zur Verfügung haben? Warum nicht immer das gleiche Gas verwenden?

Zumindest könnte die Verwendung des falschen Gases Ihren Schneidprozess insgesamt langsamer oder weniger effizient machen. Aber es wird wahrscheinlich noch mehr Ärger geben. Wenn Sie bei der Wahl zwischen den verschiedenen verfügbaren Hilfsgasen nicht auf Ihre Schneidfläche achten, werden Sie einige Hauptprobleme feststellen:

  • Linsenschäden, die Ihren Laser und/oder Ihr Werkstück beschädigen könnten
  • Schneidleistungsschwankungen, die Ihr Werkstück beschädigen oder Sie ausbremsen könnten
  • Schneiden Sie Unregelmäßigkeiten, die Ihr Werkstück unfertig/unpoliert aussehen lassen könnten

Durch die Wahl des richtigen Hilfsgases können Sie Ihre Schneidleistung verbessern. Es stellt sicher, dass Sie die gewünschte Qualität erhalten, insbesondere wenn Sie das Endprodukt für einen beliebigen Herstellungsprozess oder Zweck verwenden.

Gängige Hilfsgase, die beim Laserschneiden verwendet werden

Laser schneiden

Beim Laserschneiden gibt es vier verschiedene Arten von Hilfsgasen. Diese sind:

  • Sauerstoff
  • Stickstoff
  • Air
  • Argon

Sauerstoff

Sauerstoff ist für verschiedene Arten von Materialien nützlich, darunter Kohlenstoffstahl, gewalzter Stahl, galvanisierte Edelstahlbleche, Kupferlegierungen, Kupfer und mehr.

Es erfordert einen Druck von etwa 0.3-1 MPa, aber die Durchflussrate variiert je nach der spezifischen Dicke des zu schneidenden Materials. Darüber hinaus erfordert Sauerstoff eine Reinheit von 99.95 % oder höher, was eine verbesserte Verbrennung ermöglicht und die Reinheit der geschnittenen Schmelze beibehält.

Sauerstoff kann verwendet werden, um die Gesamtschneideffizienz zu erhöhen, einen Oxidfilm zu erzeugen, der die Absorption des Strahlspektrums verbessert, und ein dunkelgelbes oder schwarzes Schnittende zu erzeugen.

Andererseits gilt es als verbrennungsunterstützendes Gas und kann verbrennen und Schlacke bilden.

Stickstoff

Stickstoff kann verwendet werden, um einen Oxidationsfilm zu verhindern, wenn Sie nach einem glatteren Finish suchen. Es eignet sich hervorragend für Edelstahl, galvanisierte Stahlplatten, Aluminium, Aluminiumlegierungen und Messing.

Im Allgemeinen eignet sich diese Art von Hilfsgas zum direkten Schweißen und Lackieren und ist außerdem sehr korrosionsbeständig. Es erfordert extrem reinen Stickstoff von bis zu 99.999 % und ungefähr 1.5 MPa oder mehr.

Wenn wir den Durchfluss betrachten, kann die Varianz groß sein, hängt jedoch von der spezifischen Dicke des Schneidmaterials ab.

Dieses Gas kann ziemlich teuer sein und erfordert extrem hohe Reinheitsgrade, die schwer zu erreichen sind.

Air

Luft ist eine gute Option für Materialien wie Aluminium, rostfreies Kupfer, galvanisiertes Stahlblech, Nichtmetalle und Messing. Es ist jedoch nicht für Produkte höherer Qualität vorgesehen, zu denen typischerweise Edelstahl und Aluminiumlegierungen gehören.

Dieses Hilfsgas ist etwa wie Stickstoff und kommt mit einer höheren Qualität als Sauerstoff herein. Es gleicht jedoch auch den Oxidfilm der beiden aus und erzeugt nur eine kleine Menge des Films auf einem geschnittenen Stück.

Andererseits kann dieses Gas die gleichen Probleme haben wie Sauerstoff, wenn auch in etwas geringerem Maße.

Argon

Dies ist die vierte und letzte Option, wenn es um Hilfsgas geht, aber es wird nicht so häufig verwendet. Es gilt als Inertgas und oxidiert nicht so gut wie andere Materialien. Es ist chemisch inaktiv und wird teurer sein als Ihre anderen Optionen.

Dieses Material kann auch mit Staub, Wasser, Öl und anderen Schmutzarten verunreinigt werden, was es noch schädlicher für das fertige Produkt macht, da es den Laser und den erzeugten Schnitt beeinträchtigen kann.

Wenn Sie Argon verwenden, wird es im Allgemeinen nur mit Titanlegierungsmaterialien verwendet.

Es ist für die meisten Materialien nicht effektiv, und auch die Kosten sind extrem hoch, was Sie bedenken sollten, bevor Sie sich für dieses Gas entscheiden.

Sauerstoff vs. Stickstoff: Ein Vergleich

Laserschneidverfahren

Zwei der beliebtesten Schneidgasoptionen sind Sauerstoff und Stickstoff.

Diese beiden Gase bieten ein breites Spektrum an unterschiedlichen Anwendungen und können mit einer Reihe unterschiedlicher Materialien im Laserschneidprozess verwendet werden. Unabhängig davon, ob Ihre Schneidfläche aus Kohlenstoffstahl oder Edelstahl besteht, diese beiden Gase sind im Allgemeinen in der Lage, die Arbeit zu erledigen. Aber sie haben unterschiedliche Vor- und Nachteile.

Vor- und Nachteile der Verwendung von Sauerstoff als Hilfsgas

Sauerstoff hat als Hilfsgas eine Reihe von Vorteilen, die mit der Vielzahl der verschiedenen Anwendungen von Sauerstoff beginnen.

Sie können Sauerstoff verwenden, um verschiedene Materialien zu schneiden, die von Edelstahl, Walzstahl und Werkzeugplatten bis hin zu Kohlenstoffstahl, Kupferlegierungen und galvanisierten Stahlplatten reichen. Die Auswahl an Schneidstoffen ist groß, sodass Sie für die meisten Ihrer Werkstücke größere Mengen eines einzelnen Gases kaufen können.

Sauerstoff ist auch gut geeignet, um die Absorption des Strahlspektrums für reflektierendes Material zu erhöhen. Wenn Sie mit reflektierendem Material arbeiten, reagiert der Sauerstoff auf Reaktionswärme, die aus dieser Quelle kommt.

Auf der anderen Seite werden Sie feststellen, dass Sauerstoff ein hohes Maß an Reinheit erfordert und eine Rückkehr zu Schlacke verursachen kann.

Vor- und Nachteile der Verwendung von Stickstoff als Hilfsgas

Stickstoff als Hilfsgas ist eine weitere hervorragende Überlegung. Der Nachteil des Sauerstoffs, wo er wieder zu Schlacke führen kann und leicht zu verbrennen ist, ist hier eigentlich das Gegenteil. Sie werden feststellen, dass Stickstoff beides nicht tut, was dem Hilfsgas zugute kommt.

Ein weiterer Vorteil von Stickstoff ist die Korrosionsbeständigkeit nach dem Schneiden. Es bietet auch mehrere unterschiedliche Eigenschaften, die mit dem Direktschweißen verbunden sind, wodurch ein starkes und hochwertiges Werkstück entsteht.

Vielseitigkeit ist hier ein weiterer hervorragender Faktor, und dieses Hilfsgas funktioniert mit Materialien wie Edelstahl, galvanisiertem Stahlblech, Aluminium, Aluminiumlegierungen und Messing.

Stickstoff ist jedoch sehr teuer und erfordert extreme Reinheit für den Erfolg. Es kann auch ein ziemlicher Prozess sein, durch das Laserschneiden zu kommen.

Vergleich von Sauerstoff und Stickstoff für verschiedene Materialien und Schneidanforderungen

Wenn Sie diese beiden Hilfsgasoptionen in Betracht ziehen, müssen Sie an Ihr spezifisches Material und Ihre Schneidanforderungen denken (die ebenfalls oben besprochen wurden). Werfen Sie einen Blick auf die nachstehende Tabelle, um sich ein besseres Bild vom richtigen Hilfsgas für Ihr Projekt zu machen.

Zu berücksichtigende Faktoren bei der Auswahl eines Hilfsgases

Laser schneiden

Wenn es um die Auswahl der bestes Hilfsgas für ein Laserschneidprojekt, müssen Sie an verschiedene Faktoren denken. Diese lassen sich in drei verschiedene Kategorien einteilen. Nämlich:

  • Wesentliche Faktoren
  • Schnittanforderungen
  • Umweltsorgen

Material wird geschnitten

Das Material, das Sie schneiden, ist vielleicht der wichtigste Aspekt bei der Wahl des richtigen Hilfsgases. Sie müssen die spezifische Art des Materials berücksichtigen, um zu wissen, welches Gas die richtigen Eigenschaften bietet.

Zum Beispiel schneidet rostfreier Stahl im Allgemeinen besser mit Sauerstoff oder Stickstoff.

Aluminium konnte mit Stickstoff oder Luft geschnitten werden.

Kohlenstoffstahl kann mit Sauerstoff geschnitten werden.

Für jede Metallart, die Sie schneiden möchten, gibt es eine bevorzugte Art von Hilfsgas. Einige bieten möglicherweise auch mehrere Optionen an (z. B. Edelstahl).

Die Dicke des Materials ist ein weiterer zu berücksichtigender Punkt. Im Allgemeinen können Sie mit der gleichen Art von Hilfsgas unterschiedlich dicke Metallteile schneiden. Sie müssen jedoch die Durchflussrate erhöhen, um dickere Materialien aufzunehmen.

Schneideanforderungen

Es gibt auch allgemeine Anforderungen in Bezug auf das spezifische Ergebnis, nach dem Sie suchen. Wenn Sie möchten, dass Ihr Edelstahllaser glatt und perfekt geschnitten wird, sollten Sie dies bei der Wahl Ihres Hilfsgases berücksichtigen.

Wenn Sie Kohlenstoffstahl laserschneiden und es schnell gehen möchten, müssen Sie dies bei der Auswahl des richtigen Hilfsgases berücksichtigen. Stickstoff ist eine gute Option, wenn Sie nach schnelleren Geschwindigkeiten suchen, ohne zu viel an Qualität einzubüßen.

Auf der anderen Seite ist Luft für die Schneidleistung nicht so gut (obwohl sie für verschiedene Materialien verwendet werden kann). Wenn Sie mit Ihrem Laserschneider nach Qualität suchen, ist dies nicht der richtige Weg.

Umweltfragen

Der Schutz Ihrer Schneidumgebung (und vielleicht der Umgebung als Ganzes) ist ebenfalls wichtig. Daher müssen Sie dies bei der Auswahl des Hilfsgases berücksichtigen, das Sie mit Ihrem Laserschneider verwenden möchten.

Es ist wichtig, die Schnitteffizienz, Schnittgeschwindigkeit und andere Faktoren mit Umweltbelangen in Einklang zu bringen. Schneidgase wie Sauerstoff oder Luft sind im Allgemeinen die umweltfreundlichsten Optionen. Andererseits können Argon und Stickstoff für Ihre Schneidumgebung schädlich sein.

Solange Sie jedoch für eine ordnungsgemäße Belüftung sorgen und insbesondere wenn Sie kleinere Mengen dieser Schneidgasoptionen verwenden, können Sie dennoch die gewünschten Vorteile ohne allzu große Umweltbelastung erzielen.

Zusammenfassung

Die Wahl des richtigen Hilfsgases für Ihren Schneidprozess ist entscheidend. Es stellt sicher, dass Ihr Laserschneider gut gewartet und geschützt ist, sorgt für Schneideffizienz, Schnittgeschwindigkeit und Verbesserung Ihrer Schnittfläche und trägt zur Erstellung eines hochwertigen Endprodukts bei.

Wenn Sie sich diesen Artikel ansehen, sollten Sie eine bessere Vorstellung davon haben, welche Art von Gas Sie verwenden möchten und wie Sie verschiedene Schneidgase in Zukunft am besten bewerten können.

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Sam Chen

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Ich bin der Gründer von Baison. Wir haben der Fertigungsindustrie dabei geholfen, ihre Produktivität und Kapazität mit unseren fortschrittlichen Lösungen zu steigern Faserlasersysteme für über 20 Jahre.

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