Laserschneiden vs. Metallstanzen: Der ultimative Showdown

Dieser Artikel vergleicht die Vor- und Nachteile des Laserschneidens mit dem Metallstanzen, um die beste Metallschneidemaschine zu bestimmen.

Inhaltsverzeichnis

Laserschneiden und Metallstanzen sind zwei beliebte Methoden zum Schneiden von Metall, jede mit ihren eigenen Vor- und Nachteilen. Die Kenntnis der grundlegenden Arbeitsprinzipien dieser Techniken ist ein entscheidender Schritt für angehende Unternehmer.

Dieser Artikel vergleicht und kontrastiert diese Techniken und erörtert ihre Vor- und Nachteile, um festzustellen, welche Metallschneidemaschine für Ihr Unternehmen am besten geeignet ist.

Was ist Laserschneiden?

Laserschneiden

Laserschneiden ist der Prozess, bei dem ein starker Laserstrahl verwendet wird, um präzise Schnitte in ein Metallblech zu machen. Der Laserstrahl wird von einem computergesteuerten Motorsystem gesteuert, das einem vorprogrammierten Weg folgt.

Der Stromverbrauch des Lasersystems definiert die Schneidleistung einer Laserschneidmaschine. Kartonschneider mit geringer Leistung beginnen bei 5 W, und industrielle Metallplattenschneider können 10 kW überschreiten.

Arten von Laserschneidmaschinen

Laserschneider werden hauptsächlich nach der zugrunde liegenden Lasertechnologie kategorisiert. Die gebräuchlichsten Arten von Laserschneidmaschinen sind wie folgt.

  1. Faserlaser-Schneidemaschine
  2. CO2 (Gas) Laserschneidmaschine
  3. Neodym (Nd) Laserschneidmaschine
  4. Diodenlaser-Schneidemaschine

Laserschneidprozess

Der Laserschneidprozess bleibt grundsätzlich bei allen Maschinen gleich. Erster Hochspannungsstrom in sichtbares Licht. Dieses System kann eine Diode für Faserlaser-Metallschneider oder eine Glasröhre für CO2 sein.

Als nächstes durchläuft das sichtbare Licht ein Verstärkungsmedium, um die Stärke zu erhöhen und sich in einen Laserstrahl umzuwandeln. Sobald der Laserstrahl die gewünschte Intensität erreicht hat, verlässt er das Verstärkungsmedium durch den Laserkopf.

Der Laserkopf ist ein computergesteuerter (CNC) Austrittsknoten, der sich über die Arbeitsfläche bewegt, während er durch das Werkstück schneidet. Laser haben einen sehr kleinen Kontaktpunkt, der als Punktdurchmesser bezeichnet wird und zwischen 0.003 Zoll und 0.007 Zoll liegt.

Einige Laserschneidmaschinen geben durch diesen kleinen Kontaktpunkt über 1000 W Energie ab und schmelzen das Werkstück sofort, bevor es zu Verwerfungen oder Rissen kommen kann.

Der Schneidevorgang dauert nur wenige Sekunden. In den folgenden Teilen geht es um die Vor- und Nachteile des Laserschneidens.

Vorteile des Laserschneidens

Laserschneidmaschine läuft auf Stahlblech

Hier ist eine kurze Liste der größten Vorteile, die das Laserschneiden für die Metallherstellung bringt.

1. Präzises Laserschneiden 

Da alles computergesteuert ist, können Laser-Metallschneider Teile mit exakten Abmessungen und ohne praktische Abweichungen wiederholt reproduzieren.

2. Schnelle Verarbeitung

Ein Lasercutter kann die meisten Materialien schnell durchtrennen und bei der Bearbeitung dünnerer Werkstücke kann die Schnittgeschwindigkeit weiter erhöht werden.

3. Keine mechanische Belastung

Beim Laserschneidverfahren werden Metalle selektiv durchtrennt, indem sie geschmolzen werden. Da keine mechanische Kraft auf das Werkstück einwirkt, bauen sich keine Eigenspannungen im Metall auf.

4. Genaue Kanten

Die hervorragende Präzision von Laserschneidemaschinen ermöglicht es Ihnen, komplizierte Formen mit kleinen scharfen Kanten zu schneiden, die mit herkömmlicher Fertigung sonst unmöglich wären.

5. Reduzierter Werkzeugverschleiß

Laser haben keinen mechanischen Verschleiß. So können sie ohne Werkzeugwechsel kontinuierlich Metalle durchtrennen. Laser müssen erst ausgetauscht werden, wenn ihre Lebensdauer an ihre Grenzen stößt.

6. Wenig Nachbearbeitung erforderlich

Laser erzeugen glatte Kanten ohne Grate am Werkstück. Daher besteht nur ein geringer Bedarf an Nachbearbeitungs-Reinigungstechniken.

7. Keine zusätzliche Ausrüstung

Im Vergleich zum Metallstanzen benötigen lasergeschnittene Teile keine zusätzliche Ausrüstung wie Matrizen.

8. Materialverträglichkeit

Die meisten Laserschneider sind für die Metallherstellung konzipiert, behalten jedoch eine angemessene Kompatibilität mit Nichtmetallen wie Holz, Stoffen und Kunststoffen bei.

9. Vielseitigkeit

Die Materialdurchdringung eines Lasers wird reduziert, wenn die Eingangsleistung verringert wird oder der Laserstrahl unscharf ist. Moderne Laserschneider verwenden Niedrigenergiemodi und unfokussierte Strahlen, um in einen Graviermodus zu wechseln.

Nachteile des Laserschneidens

Es folgt eine Liste von Mängeln, die Laserschneidern innewohnen.

1. Temperaturschaden

Wenn bestimmte Metalle hohen Temperaturen ausgesetzt werden, kann es zu unerwünschtem Verziehen, Brennen und Schmelzen kommen. Dünne Metalle wie Kupfer und flüchtige wie Magnesium erfordern besondere Sorgfalt und Vorsichtsmaßnahmen beim Laserschneiden.

2. Materialverträglichkeit

Laserschneiden unterstützt sowohl metallische als auch nichtmetallische Materialien. Allerdings kann die materielle Unterstützung für Neueinsteiger sehr verwirrend sein.

Nur Neodym-Laser (Nd: YAG) unterstützen das Schneiden von Keramik, Diodenlaser unterstützen Stoffe und Leder besser, CO2-Laser eignen sich besser für Gummi und Kunststoffe und Faserlaser eignen sich besser zum Schneiden von Metallen mit reflektierenden Oberflächen.

3. Einschränkungen der Schnitttiefe

Das Laserschneiden eignet sich am besten für dünne Bleche. Das Schneiden eines bestimmten Teils aus dickeren Blechen ist möglich. Dennoch erfordert es zusätzliche Kraft und eine langsamere Geschwindigkeit, was oft zu einem unerwünschten Schmelzen um die frisch geschnittenen Kanten des Werkstücks herum führen kann.

4. Unfähigkeit, Metall zu biegen

Das Stanzen von Metall mit reduzierter Leistung führt zum Biegen des Metalls. Lasermaschinen sind zu einer solchen Metallmanipulation nicht in der Lage.

Was ist Metallprägen?

Metallstanzmaschine, die durch Aluminiumblech stanzt

Metallstanzen ist ein Metallumformungsprozess, bei dem eine Kombination aus Stempel und Matrize zum Schneiden von Metallen verwendet wird. Das Blech wird zwischen einem unteren Stempel und einem oberen Stempel eingelegt.

Ein hydraulisches System übt schnell und präzise mehrere Tonnen Druck auf den Stempel aus, während er in das Werkstück gedrückt wird, um die gewünschte Form zu erzeugen.

Dieser Prozess ermöglicht es dem Bediener, in einem einzigen Durchlauf schnell mehrere hundert Formen aus dem Metall auszustanzen (zu schneiden). Einige Maschinen verwenden mehrere Matrizen, um mehr Teile mit einem einzigen Stanzpressenhub herzustellen.

Metallstanzverfahren

Schematische Darstellung des Metallstanzprozesses

Das Metallstanzen ist ein einfacher Prozess, der unabhängig von der Maschinengröße den gleichen allgemeinen Schritten folgt. Aus hochfestem Werkzeugstahl werden Matrizen und Stempel aus Metall hergestellt. Die Matrize ist an der Werkbank befestigt und der Stempel ist am Kolben befestigt.

Der Düsenquerschnitt hat das gleiche Design wie die gewünschte Form. Dabei ist die Stempelform die geometrische Umkehrung der Matrize.

Das Stanzen kann beginnen, sobald das Blech in die Maschine geladen ist. Kleinere Maschinen können jeweils nur ein kleines Blech laden. Bei einer größeren Stanzmaschine muss jedoch kontinuierlich eine Metallrolle zugeführt werden.

Die Maschine übt genügend Kraft auf den Stempel aus, um ihn durch das Stahlmetall zu drücken, bis er die darunter liegende Matrize berührt und das Metall an den Kanten abschert.

Darüber hinaus wenden automatische Stanzmaschinen Kraft in festgelegten Intervallen an, die entsprechend der Metallvorschubgeschwindigkeit zeitlich abgestimmt sind. So können Sie Tausende von Teilen in einem langen kontinuierlichen Zyklus von derselben Blechrolle schneiden.

Vorteile der Metallprägung

1. Kostengünstig 

Die einzige kostspielige Komponente dieses Prozesses sind die Matrizen. Daher sind die Kosten bei den anfänglich hergestellten Einheiten höher. Fängt aber an mit zunehmender Stückzahl abzufallen. Fabriken verwenden eine Matrize für über hunderttausend Stanzteile, bevor sie das Werkzeug ersetzen.

2. Schnellere Großserienproduktion 

Eine Metallstanzmaschine läuft ununterbrochen, solange das Blech zugeführt wird. Große Fabriken können mit diesem Verfahren fast eine Million Teile produzieren. Metallstanzen ist eine großartige Option für die Serienfertigung.

3. Breite Metallkompatibilität

Einige Metalle können negativ auf die Hitze von Lasern reagieren. Schwache Metalle können schmelzen und sich verformen, während flüchtige wie Magnesium sich entzünden können. Da beim Stanzen von Metall nur mechanische Kraft ausgeübt wird, ist das Risiko einer Materialbeschädigung vernachlässigbar.

4. Vielseitige Operationen

Metallstanzen kann viel mehr als nur Löcher schneiden. Es kann Sekundäroperationen wie Kantenabflachung, Münzumformung, Metallgravur und mehr durchführen. Eine Abkantpresse kann für zusätzliche Biegefähigkeiten zu einem Metallstempel hinzugefügt werden.

Nachteile des Metallprägens

Das Metallstanzverfahren ist im Allgemeinen die beste Option für Großserienproduktionen. Außerhalb dieses spezifischen Prozesses kann es zu mehreren Einschränkungen kommen.

1. Höhere Kosten bei geringen Mengen

Metallstanzaufträge erfordern mit jeder neuen Design-Iteration neue Matrizen. Diese Matrizen sind teuer, was das Verfahren für die Produktion kleinerer Mengen weniger rentabel macht.

2. Begrenzte Kompatibilität mit Weichmetallen

Wenn das Arbeitsmaterial ein weiches (formbares) Metall ist, biegt es sich unter Druck, anstatt zu schneiden.

3. Begrenzte Kompatibilität mit härteren Metallen

Härtere Metalle sind sehr schwer zu bearbeiten und können unter hohem Druck leicht brechen. Daher müssen Sie zuerst Ihre Designs ausstanzen und dann härten Sie sie durch Glühen.

4. Strukturelle Schwächen

Das Biegen von Metallen im Metallstanzverfahren erzeugt strukturelle Schwächen im Werkstück in Form von mikroskopischen Brüchen.

5. Werkzeugverschleiß

Physische Werkzeuge erfordern immer mehr Wartung. Wenn das Werkzeug wiederholt gegen das Metallwerkstück streift, beginnt es sich zu zersetzen. Härtere Werkstücke führen zu schnellerem Werkzeugverschleiß.

6. Nachbearbeitung

Das Stanzen von Metall erfordert eine Nachreinigung und Wärmebehandlung, um scharfe Kanten und Belastungsspuren zu entfernen.

Laserschneiden vs. Metallstanzen: Wie soll man wählen?

Metallscheiben geschnitten und poliert

Laserschneiden und Metallstanzen sind zwei sehr unterschiedliche Verfahren mit sich überschneidenden Anwendungen. Hier ist ein schneller Vergleich zum einfachen Verständnis. 

Eigenschaften LaserschneidenMetall-Stanzen
Einkauf & ProzesseSchneiden & GravierenSchneiden und Biegen
WerkzeugverschleißSehr niedrigNiedrig
MaterialkompatibilitätSehr gutGutes
PräzisionSehr hochMedium
Kosten im VorausHochMittel bis hoch
Zusätzliche KostenAndereWerkzeugkosten
BetriebskostenNiedrig bei kleinen VoluminaSehr niedrig bei großen Mengen
NachbearbeitungskostenSehr niedrigMittel bis hoch

Die Wahl zwischen einem Metallstempel und einem Laserschneider hängt von einem der vielen unten aufgeführten Faktoren ab. Berücksichtigen Sie diese Dinge für eine bessere Lösung. 

  • Anwendungen – Großserienproduktionen, dickere Metallplatten und Metallbiegungen eignen sich am besten zum Stanzen.
  • Blechdicke – Laser eignen sich besser für Weichmetalle unter 15 mm und Stahlbleche unter 6 mm.
  • Materialkompatibilität – Laserschneidmaschinen haben insgesamt eine bessere Materialverträglichkeit. Lesen Sie den Blog, um zu lernen Welche Materialien kann eine Faserlasermaschine schneiden?.
  • Prozess Die – Laser eignen sich besser für komplexe Geometriekonstruktionen.
  • Kosten im Voraus – Beide Maschinen haben ähnliche Anschaffungskosten. Aber die Notwendigkeit einer kundenspezifischen Matrize führt zu viel höheren Vorabkosten.
  • Wartungskosten – Alle Kosteneinsparungen, die Sie durch das großvolumige Metallstanzen erzielen, gehen durch den Werkzeugverschleiß verloren. Die Wiederbeschaffungskosten für Werkzeugmatrizen sind nicht gerade günstig, insbesondere bei komplexen Geometrien.
  • Vorlaufzeit – Laserschneiden hat kürzere Vorlaufzeiten bei kleinen Produktionen und Stanzen hat bessere Vorlaufzeiten bei größeren.

Zusammenfassung

Laserschneiden und Metallstanzen sind die beiden Methoden, die üblicherweise mit der Blechherstellung in Verbindung gebracht werden. Das Laserschneiden eignet sich eher für kleinere Chargen von kundenspezifischen Teilen. Während sich das Stanzen bei großvolumigen Fabrikproduktionen auszeichnet.

Andere Faktoren wie Kosteneinsparungen und Materialverträglichkeit werden im Allgemeinen als zweitrangig angesehen. Letztendlich hängt Ihre Wahl der Blechbearbeitungsmaschine eher von der Art Ihres Unternehmens ab.

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Sam Chen

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