7 verschiedene Arten von Laserschneidverfahren

Das Laserschneiden ist ein unglaublich vielseitiges und präzises Fertigungsverfahren. Aus Schneiden dünner Aluminiumbleche Bis hin zum Schneiden von dickem Gummischaum kann der Kraft des Laserstrahls nichts standhalten. Abhängig von Ihrer Anwendung, Materialwahl, Laserleistung, und gewünschtes Ergebnis.

In diesem Artikel werden wir die verschiedenen Arten von Laserschneidverfahren untersuchen, ihre Anwendungen hervorheben und Ihnen bei der Auswahl des besten Verfahrens für Ihr Unternehmen helfen.

Was ist Laserschneidtechnologie?

Laserschneiden ist eine berührungslos Herstellungsverfahren, bei dem ein fokussierter Laserstrahl zum gezielten Schmelzen des Werkstücks eingesetzt wird. Der Laserschneidkopf ist von einer CNC gesteuert (computernumerisch gesteuertes) System, das den Laser genau und präzise ausrichtet.

Dieser Prozess ist mit mehreren Materialoptionen kompatibel, wie z Metalle, Kunststoffe, Stoffe, Keramik, woodusw. Im krassen Gegensatz zu herkömmlichen Materialbearbeitungstechniken ist das Laserschneiden schnell, präzise, ​​erfordert weniger Nachbearbeitung und ist zuverlässiger.

Arten von Laserschneidern

Laserschneidgeräte werden im Allgemeinen nach der Laserquelle klassifiziert.

• Gaslaser (CO2-Laser)
• Faserlaser
• Festkörperlaser (Nd: YAG-Laser)
• Direkte Diodenlaser

Kohlendioxid (CO2)-Laserschneider Es handelt sich um eine ältere Technologie, die jedoch aufgrund ihrer Erschwinglichkeit, Leistung und Bequemlichkeit immer noch relevant ist. Nd: YAG-Laser(Neodym-dotierte Yttrium-Aluminium-Granat-Laser) sind Optionen mit geringem Stromverbrauch und hoher Zuverlässigkeit, die hauptsächlich in der medizinischen Industrie zur Hautbehandlung eingesetzt werden. Festkörperschneider werden oft als Kristalllaserschneider bezeichnet, da Nd:YAG als Kristall klassifiziert wird.

Direktdiodenlaserschneider sind kompakte Maschinen, die bei kleinem Formfaktor eine beeindruckende Energiemenge abgeben können. Schließlich haben wir den Faserlaser, die Technologie mit der größten Vielseitigkeit und dem größten Potenzial. Faserlaserschneider sind das Beste aus beiden Welten und vereinen die hohe Leistung von CO2 mit der kompakten Bauweise von Diodenlaserschneidern.

7 verschiedene Arten von Laserschneidverfahren

Das Laserschneiden ist eine vielfältige und vielseitige Fertigungstechnik, die modifiziert werden kann, um den Prozess an verschiedene Anwendungen anzupassen.

1. Fusionslaserschneiden (Schmelzschneiden)

Laserschmelzschneiden lernen muss die Standard-Betriebsart eines Laserschneiders. Dabei wird mit einem hochintensiven Laserstrahl viel Wärme in einen kleinen Bereich des Werkstücks eingebracht, bis das Metall einen geschmolzenen Zustand erreicht. An diesem Punkt bläst ein Inertgasstrahl (Stickstoff, Helium oder Argon) das geschmolzene Metall weg.

Der Prozess erfordert, dass der Laserstrahl lange Zeit an einer Stelle bleibt, bis das Schmelzen einsetzt. Da das geschmolzene Material viel weicher ist, kann der Gasstrahl problemlos hindurchschneiden. Das Gas oder Gasgemisch muss sein inert um Metalloxidation zu verhindern. Es wird auch Schutzgas genannt, da es das Arbeitsmaterial vor dem umgebenden Sauerstoff schützt.

Anwendungen

• Schneiden von Metallmaterialien (Aluminium, Kupfer, Stahl, Nickel, Titan usw.).
• Wird normalerweise für große Volumina verwendet geringe Genauigkeit Produktionen

2. Verdampfungslaserschneiden (Lasersublimationsschneiden)

Verdampfung ist a Nichtmetallisches Schneidverfahren die den Laserstrahl an einer Stelle hält, bis sich das Arbeitsmaterial erwärmt und verdampft. Es verwendet auch einen Inertgasstrahl. Das primäre Ziel besteht jedoch darin, die verdampften Partikel wegzublasen und nicht darin, eine Oxidation zu verhindern.

Dickere Materialien erfordern mehr Wärme und längere Laserbelichtungszeiten, was zu einer stärkeren Verdampfung und damit einem größeren Materialverlust führt. Laserverdampfung kann für Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt wie Zinn oder Blei verwendet werden. Diese Metalle eignen sich jedoch besser für traditionelle Verarbeitungstechniken.

Anwendungen

• Schneiden nichtmetallischer Materialien (Papier, Stoffe, Holz, Kunststoff, Gummi usw.).
• Wird für nichtindustrielle Design- und Fertigungsarbeiten wie Kunst, Möbeldesign usw. verwendet.

3. Remote-Laserschneiden

Remote-Laserschneiden ist ein auf Sublimation basierender Herstellungsprozess, der Metallmaterial verdampft, ohne dass ein Gasstrahl erforderlich ist. Da es keinen Gasstrahl gibt, der den Materialabtrag unterstützt, sind ferngesteuerte Schneidmaschinen in erster Linie darauf beschränkt dünne Bleche.

Anwendungen

• Schneiden von Blechen (Aluminium und Stahl).
• Schneiden einfacher geometrischer Designs.

4. Sauerstofflaserschneiden

Das standardmäßige Schmelzlaserschneiden ist auf a beschränkt Materialstärke von 0.6″ (15 mm) bei einer Laserleistung unter 2 kW und 1″ (25 mm) für alles über 2 kW. Laserunterstütztes Sauerstoffschneiden (LASOX) ermöglicht standardmäßigen 2-kW-Laserschneidern das Schneiden besonders dicker Materialien von 2″-4″ (50 mm bis 100 mm).

Bildquelle: Researchgate

Wie der Name schon sagt, ersetzt hier Sauerstoff die beim Laserschneiden üblichen Edelgase. Sauerstoff fungiert als Brennstoff, erhöht die Hitze des Lasers im Brennpunkt und erhöht die Temperatur erheblich. LASOX auch Verbessert die Gesamtschnittgeschwindigkeit für dicke Materialien.

Anwendungen

• Schneiden dicker Materialien (Stahl, Edelstahl und Aluminium).
• Herstellung von Metallrohlingen (Rohformen zur Weiterverarbeitung).
• Schwermaschinenbau.

5. Flammenlaserschneiden

Laserbrennschneiden verwendet einen Strahl einer Sauerstoff-Brenngasmischung, um die Heiz- und Verdampfungskapazitäten des Laserschneiders zu erhöhen. Zu den gängigen Gasbrennstoffen gehören Propan, Erdgas oder Acetylen. Dieses Verfahren wird auch als Autogen-Laserschneiden oder Autogen-Laserschneiden bezeichnet.

Im Gegensatz zu LASOX, einer proprietären Herstellungstechnik verwendet nur SauerstoffDas Brennschneiden ist ein generisches, nicht markenrechtlich geschütztes Verfahren, das mit verschiedenen Kraftstoffmischungen kompatibel ist. Der wesentliche Unterschied besteht in der Gasmischung, die zur Verstärkung des Laserstrahls verwendet wird.

Die Mischung aus Sauerstoff und Acetylen erzeugt entsprechend eine heißere Flamme Plasmaschneiden Fähigkeiten. Das Brennschneiden unterstützt eine maximale Materialstärke von 10 mm.

Anwendungen

• Schneiden dicker Materialien (Stahl und Aluminium).
• Bearbeitung von Metallbarren und -barren.

6. Laserschneiden mit Nullbreite (Laserschneiden mit thermischer Spannung)

Laserschneiden mit Nullbreite (ZWLC) verwendet Faserlaser (kontrollierte Bursts) in Verbindung mit a Kühlstrahl (Wasser oder Kühlmittel), um innere thermische Spannungen im Material auszulösen und Mikrorisse auszulösen. Diese kontrollierten Mikrorisse zertrümmern das Material entlang der gewünschten Ritzlinie (Nullbreite) ohne Materialverlust.

Mikrorisse entstehen durch unterschiedliche Ausdehnungsgeschwindigkeiten eines Materials. Die Nullbreite erwärmt Materialien wie z Glas gerade genug, um eine Wärmeausdehnung einzuleiten. Der begleitende Kühlstrahl kühlt dann das Glas ab, wodurch ein Gradient zwischen den heißesten und kältesten Teilen entsteht, was zu hohen inneren thermischen Zugspannungen führt.

Beim Laserschmelzschneiden wird Material entsprechend dem Punktdurchmesser (Fokuspunkt des Lasers) entfernt (verdampft). Dieser Materialverlust verringert die Gesamtschnittgenauigkeit des Laserschneiders. Daher wird Laserschneiden mit Nullbreite verwendet hohe Maßhaltigkeit Projekte.

Anwendungen

• Anwendung mit hoher Maßgenauigkeit.
• Spröde Materialien wie Glasscheiben und Keramik.

7. Kontrolliertes Bruchlaserschneiden

Laserschneidmaschinen mit kontrolliertem Bruch arbeiten, indem sie thermische Spannungen in spröden Materialien induzieren. Im Gegensatz zu ZWLC löst es Risse aus ohne dass ein Kühlmittel erforderlich ist. Gelegentlich ist ein mechanischer Stoß erforderlich, um die beiden Seiten des Materials zu trennen.

Standardmäßige Laserschneider mit kontrolliertem Bruch verwenden Kohlendioxid (CO2)-Laser, um das Material zu erhitzen, wodurch es sich ausdehnt und Druckspannungen hervorruft. Beim Abkühlen zieht sich das Heizmaterial zusammen und gerät in einen Zugspannungszustand.

Eine alternative Technik beinhaltet die Verwendung von CO2- und Faserlaser in Verbindung. Faserlaser erzeugen einen leistungsstarken, fokussierten Laserstrahl, der problemlos selbst die härtesten Materialien durchdringt. CO2-Laser sorgen für eine sanftere Wärme, die das Werkstück ohne Auslösen erwärmt.

Anwendungen

• Materialien mit hoher Härte (Aluminiumoxidkeramik, Glas, Siliziumkarbid usw.)
• Schneiden von Edelsteinen (Zirkonia, Rubin usw.)

Auswahl des richtigen Laserschneidverfahrens

Bei der Auswahl des richtigen Laserschneidverfahrens kommt es vor allem auf die Anwendungspräferenz und die Materialverträglichkeit an. Hier sind einige wichtige Faktoren, die Ihnen bei der Entscheidung helfen werden.

1. Anwendung und Materialeigenschaften

Skizzieren Sie die aktuellen Anwendungen Ihres Unternehmens und ermitteln Sie zukünftige Anforderungen, während Sie expandieren und wachsen. Unternehmen, die sich hauptsächlich mit Metall schneiden Anwendungen werden davon profitieren Schmelz- und Brennschneidverfahren. Für alles andere ist das Verdampfungsschneiden völlig ausreichend.

2. Materialstärke

Materialstärke ist für die meisten Branchen normalerweise kein Problem. Laserschneidmaschinen können die meisten Materialien problemlos verarbeiten. Für Metallplatten mit einer Dicke von 1 Zoll oder mehr ist jedoch ein gasbeschleunigtes Laserschneidverfahren wie Sauerstoff- oder Brennschneiden die einzig geeignete Option.

3. Laserquelle

Kohlendioxid und Faserlaser sind die beiden häufigsten Quellen für Laserschneider. CO2 wird generell für kostengünstige und leistungsstarke Anwendungen empfohlen. Faserlaser eignen sich besser für hochpräzise, ​​vielseitige und zuverlässigkeitsorientierte Aufgaben.

4. Betriebskosten

Das Brennschneiden bietet eine größere Vielseitigkeit und kann eine größere Vielfalt an Metallen schneiden. Allerdings sind die Betriebskosten vor allem aufgrund des Brenngases deutlich höher. Verbrauchsstoffe wie Sauerstoff oder Acetylen verlieren ihre Wirksamkeit, wenn sie in einem Gastank stagnieren, und müssen häufig überwacht werden.

5. Größe der Laserschneidmaschine

Einige Prozesse erfordern einen größeren Arbeitsbett, was seine eigenen logistischen Herausforderungen mit sich bringt. Stellen Sie sicher, dass das von Ihnen gewählte Laserschneidverfahren mit der Grundfläche Ihrer Fabrik kompatibel ist.

6. Kapitalrendite (ROI)

Die Erstinvestition in einen bestimmten Laserschneidprozess wird immer deutlich höher sein. Ein guter ROI für einen einzelnen Laserschneider beträgt rrund 30 %, aber für eine große Fabrik, die mit mehreren Laserschneidern arbeitet, ein jährlicher ROI von 10 % ist akzeptabel.

FAQs

1. Welches Gas wird beim Laserschneiden verwendet?

Die meisten Laserschneidmaschinen verfügen über einen Inertgasstrahl (Stickstoff oder Argon), der die Metalloxidation verhindert. Einige Laserschneider verwenden eine Mischung aus Sauerstoff und Brenngas (Acetylen, Propan oder Erdgas), um die Wärmeabgabe des Laserschneiders zu erhöhen. Klicken Sie hier, um mehr darüber zu erfahren Gase zum Laserschneiden.

2. Was ist die Vollform von LASER?

LASER steht für Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation. Der Art des Lasers wird durch sein Verstärkungsmittel bestimmt. Faserlaser beziehen sich beispielsweise auf Licht, das durch ein optisches Fasersystem verstärkt wird.

3. Warum wird Stickstoff in Laserschneidern verwendet?

Stickstoff ist ein nicht reaktives Gas, das den Laserschneidprozess nicht beeinträchtigt. Es verhindert, dass Sauerstoff in den Schnittbereich eindringt, was Verfärbungen und Oxidation verhindert.

Schlussfolgerung

Beim Laserschneiden handelt es sich um ein ganzes Feld laserbasierter Fertigungstechniken. Es bietet viele Vorteile gegenüber herkömmlichen Herstellungsverfahren, wie z. B. einen kleineren Formfaktor, eine breitere Materialkompatibilität und eine hervorragende Präzision.

Das Laserschneiden steigert Ihre Produktivität weiter, indem es eine umfangreiche Auswahl an Schneidverfahren bietet, die unterschiedliche Märkte abdecken. Daher ist es nicht verwunderlich, dass in nahezu jedem modernen industriellen Fertigungsprozess eine Laserschneidmaschine zum Einsatz kommt.

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