Was ist Faserlaserschneiden?

Faser-Laserschneiden
Faserlaser-Schneidemaschinen haben den Fertigungsprozess im 21. Jahrhundert revolutioniert. Es ist viel effizienter, leistungsfähiger und kostengünstiger als herkömmliche Schneidegeräte. Doch was macht diese Faserlaser so einzigartig? Hier werden wir die Faserlaser-Schneidtechnologie im Detail besprechen und wie sie die Zukunft der Fertigung prägen wird.

Inhaltsverzeichnis

Was ist ein Faserlaser? - Ein kurzer Überblick

Ein „Laser“ kann über verschiedene aktive Medien wie Feststoffe, Gläser, Gase, Halbleiter und sogar Flüssigkeiten erzeugt werden. Aber das Laserlicht, das durch ein festes Element wie einen „Rubin“-Kristall, auch bekannt als „Neodym-dotierter Yttrium-Aluminium-Granat, (Y3Al5O12) -YAG“, erzeugt wird, wird „Faserlaser“ oder „Festkörperlaser“ genannt.

Faser-Laserschneiden

Das Besondere an Faserlasern ist, dass sie verschiedene Funktionen, die für die industrielle Fertigung entscheidend sind, mit hoher Präzision und Genauigkeit ausführen können. Das wichtigste ist „Laserschneiden“, eine der Grundlagen. 

Die Yb3+-dotierten Faserlaser mit kontinuierlicher Welle (CW) sind die gebräuchlichsten in Laser schneiden Maschinen, da sie extrem leistungsstark sind. Eine 01-µm-Faserlaser-Schneidemaschine kann hochfesten Stahl problemlos durchtrennen. Ganz zu schweigen von den meisten anderen Metallen und Legierungen. 

Im Gegensatz zu herkömmlichen Schneidemaschinen mit einigen mechanischen Schneidern, die zwangsläufig verschleißen, haben diese Laser keine solchen Verbrauchsmaterialien. Daher spart ein geringer Wartungsaufwand Energie, Kosten und Zeit bei Schneidprozessen. Dies kann die Gewinnmarge für jede Branche erhöhen. 

Laserschneiden ist überall, von kleinen Unternehmen bis hin zur riesigen Automobil- und Luft- und Raumfahrtindustrie. Faserlaser sind auch von Natur aus für die Mikrobearbeitung im Mikromaßstab geeignet. Damit ist es wirklich das Gesicht moderner Herstellungsverfahren. 

Wie funktioniert die Faserlaser-Schneidemaschine?

Faserlaserschneider verwenden thermisches Schneiden, um verschiedene Metalle und Nichtmetalle zu durchtrennen. Es umfasst die folgenden Schritte. 

Zunächst wird ein hochintensiver Laserstrahl vom Lasergenerator auf das Werkstück geschossen. Der Laserstrahl erreicht normalerweise eine hohe Temperatur nahe 10000-11000 ℃ (19500 ℉), genug, um jedes Material zu schmelzen oder zu verdampfen. 

Die Details der Position und Form des Schnitts werden durch ein numerisches Steuersystem geleitet, das den Laser führt. 

Wenn der Laser mit dem Material in Kontakt kommt, schmilzt oder vergast er es schnell, und unter Druck stehendes Hilfsgas wird auf den Kontaktpunkt geblasen, wodurch die Trümmer entfernt werden. 

Der Prozess wird fortgesetzt, bis die gewünschte Form erreicht ist. 

Laserschneidmaschinen gibt es in vielen Formen und Größen, aber das Phänomen hinter ihrer prinzipiellen Funktionsweise ist das gleiche. Hier sind einige der wichtigsten Komponenten einer Laserschneidmaschine.  

1. Maschinelle Laserquelle

Die Laserquelle ist das Herzstück jeder Laserschneidmaschine. Eine separate Einheit erzeugt normalerweise einen Laser, der dem Schneidkopf zugeführt wird. Untersuchungen zeigen, dass mit Ytterbium Yb3+ dotierte Faserlaser hochintensive Laser im Bereich von 900 nm bis 1200 nm erzeugen. Ein großer Wellenlängenbereich bedeutet, dass verschiedene Materialien den Laser absorbieren können. 

Diese Quelle eignet sich hervorragend zum Schneiden von hochfestem Kohlenstoff, Legierungen usw. Sie kann = mehr als 10 KW Leistung erzeugen, die intensiv genug ist, um auch dünne Platten (<5 mm) zu schneiden dicke Platten (5mm-40mm)  

Mit Thulium Tm3+ und Holmium Ho3+ dotierte Faserlaserquellen können jedoch nichtmetallische und transparente Materialien schneiden. Das Quellgerät wird über Hochleistungsstecker, Verstärkerstecker, Encoderstecker usw. an das Hauptgerät angeschlossen.

2. Elektrische Komponenten und numerisches Kontrollsystem

Die numerische Steuerung und die Elektronik sind das „Gehirn“ von Laserschneidmaschinen. Hauptbestandteile sind elektrische Servomotoren, Schalter, Bediensysteme etc. Hier werden alle Daten über die Eigenschaften des Laserstrahls und Details des zu bearbeitenden Teils eingetragen. 

Ein LED-Bedienfeld außerhalb der Maschine erhält Daten vom Bediener über Computer Aided Manufacturing (CAM)-Dateien. Diese Steuerung speist alle Daten über Ausgangsleistung, Schnittgeschwindigkeit, Schnittwinkel, Schnitttiefe etc.

Danach führt es den Steuerkopf und die Schienen während des Schneidvorgangs. Mit dem Aufkommen der computergestützten numerischen Steuerung (CNC) wird die Präzision des Laserschneidens um ein Vielfaches erhöht, so dass der einzige einschränkende Faktor des Laserschneidens das Antriebssystem ist. 

3. Portalsystem und Hilfsteile 

Jede Faserlasermaschine in industrieller Größe verfügt über ein Portalsystem, eine mechanisierte Auffahrt, die dabei hilft, den Laserkopf im dreidimensionalen Raum zu bewegen. Das Gantry-System besteht aus Schienen, Ketten und Motoren, die den Laserkopf führen.

Es wurde ständig geforscht, um das Gantry-System für Faserlaser zu verbessern, um die Maschinenzeit zu reduzieren und die Effizienz zu verbessern. 

Andere Teile umfassen den Arbeitstisch (Arbeitstische), der das Werkstück zusammenhält. Einige Faserlaser-Schneidemaschinen haben große Tische, die 12 Meter lange Bleche kompensieren und bis zu 9 Tonnen Gewicht tragen können. Viele Laserschneidmaschinen haben auch ein Abgassystem, das giftige Gase aus dem Gehäuse entfernt.

4. Faserlaser-Schneidkopf

Der Faserlaser-Schneidkopf ist ein Gerät, das einen Laser auf das Werkstück schießt. Es verfügt über ein komplexes System von Spiegeln (herkömmliche Lasermaschinen) oder Lichtleitfasern, die den Laserstrahl durch die Düse leiten. 

Faserlaser-Schneidkopf

Düsen sind ein wichtiger Bestandteil des Laserkopfes, der den Lichtstrahl steuert. Es lenkt nicht nur den Laser, sondern gibt auch die Richtung für das Entladungsgas vor, das das geschmolzene Material abbläst.

Düsen sind manuell verstellbar und haben großen Einfluss auf die Schnittqualität. Es wird zuvor sorgfältig kalibriert, um eine mangelnde Durchdringung zu verhindern, die zum Schmelzen des Materials führen kann. Düsen mit unterschiedlichen Durchmessern werden verwendet, um verschiedene Dicken zu schneiden. 

Der Laserkopf ist ein bewegliches Teil, das von einem Portalsystem geführt wird. Typischerweise kann sich der Laserkopf im dreidimensionalen Raum bewegen. Aber in besonderen Fällen sind Laserköpfe so konstruiert, dass sie sich in einem 45-Grad-Winkel bewegen, was hilft, schräge Schnitte zu erstellen. Diese Bleche sollen später verschweißt werden. Es spart viel Geld, Arbeit und Zeit, die ansonsten für die Erstellung von Fasen aufgewendet werden müssten. 

Weitere vom Laserkopf geregelte Eigenschaften sind Strahlintensität, Strahlfokuslage, Schnittgeschwindigkeit, Schnittvorschub, Gasdruck etc.

Die richtige Schneidleistung, Geschwindigkeit und der richtige Vorschub können Ihre Fertigungsprozesse beeinflussen oder beeinträchtigen. Genau wie eine herkömmliche mechanische Maschine wird eine Laserschneidmaschine mit einer detaillierten Tabelle geliefert, die die Eigenschaften eines Lasers definiert, der für ein bestimmtes Material geeignet ist. 

Die gesamte Arbeitsstation ist durch eine Metallabdeckung abgeschirmt, die der Laserschneidmaschine eine geschlossene Umgebung verleiht. Dadurch werden Laserstrahl und Werkstück vor äußeren Einflüssen wie Luft und Staub geschützt. Es schützt auch das menschliche Auge, da die unsichtbaren Strahlen gefährlich sind.

Unterschied zwischen CO2-Laser und Faserlaser-Schneidemaschine

Beim Laserschneiden stechen zwei Technologien hervor. Faser- und CO2-Laser. Beide dienen dem gleichen Zweck, haben aber unterschiedliche Schneidfähigkeiten. Lassen Sie uns kurz ihre Unterschiede besprechen, um die beste Option für Ihre Bedürfnisse auszuwählen. 

CO2-Laserschneiden

Der entscheidende Unterschied zwischen den beiden ist die Quelle der Laserproduktion. EIN CO2-Laser hat eine Glaskammer voller Kohlendioxidgas, die einem hohen elektrischen Strom ausgesetzt ist. Dieser Prozess regt das Gas an und führt zur Freisetzung von Infrarotstrahlen. Mit Hilfe von Spiegeln werden diese Infrarotstrahlen so verstärkt, dass sie Objekte durchdringen können. 

Bei einem Faserlaser wird ein Kristall (mit Neodym dotierter Yttrium-Aluminium-Granat – YAG) von einer Blitzröhre umhüllt, die dem Kristall Lichtenergie zuführt. Dadurch werden die Atome im Kristall angeregt, die hochenergetische Photonen freisetzen. Diese hochenergetischen Photonen werden durch optische Fasern geleitet und erzeugen einen leistungsstarken Laser. 

Beide Lasertypen haben ihre Bedeutung. CO2-Laser sind relativ älter, werden aber aufgrund ihrer außergewöhnlichen Metallschneidefähigkeiten immer noch verwendet. 

HerstellungsprozessCO2 Laser Faserlaser
Schnittgeschwindigkeit Dicke <8mmBremstSchnell 
Schnittgeschwindigkeit insgesamtSchnellSchnell
Scharfe Kanten schneidenGeringere Effizienz Höhere Effizienz
Schneiden von Blech Geringere Kompatibilität Höhere Kompatibilität
Schneiden organischer MaterialienHöhere KompatibilitätGeringere Kompatibilität 
Gravieren von Metall Neinja
Gravieren anderer Materialien jaja
FahrsystemPortal Galvo und Gantry
WartungskostenHöherSenken
Betriebskosten SenkenHöher
AnschaffungskostenSenkenHöher

Eine Faserlaser-Schneidemaschine schneidet Metalle besser, insbesondere solche mit glänzenden Oberflächen. Eine hohe Reflexion stellt bei älteren Lasermaschinen ein Problem dar, da der größte Teil des Strahls reflektiert wird. Aber der Faserlaserschneider hat einen scharfen Strahlfokus, der hilft, die meisten Metalle und Legierungen zu durchdringen. Der CO2-Laser hat eine bessere Materialverträglichkeit mit einigen Metallen und organischen Materialien.

Laserschneiden Werkstoff Faserlaser CO2-Laser
Metallindustrie Hochfester Stahl ja  ja
Baustahl ja ja
Messing ja Nein
Kupfer ja Nein
Aluminium ja Nein
Nichtmetalle Glas Nein ja
Acryl Nein ja
Holz Nein ja
Gummi Nein ja
Leder Nein ja
Composite    ja  Nein

Da die meisten Fertigungsindustrien mit Stahl und Metallen zu tun haben, hat das Faserlaserschneiden mehr Markt.  

Wenn es um die Kosten geht, gibt es keine einfache Antwort. Hochleistungs-Faserlaser sind teurer als durchschnittliche CO2-Laserschneidmaschinen. Aber CO2-Laser haben Verbrauchsröhren, die normalerweise nach 20000 Betriebsstunden ausgetauscht werden müssen. Außerdem verbraucht er während eines typischen Laufs mehr Energie als Faserlaser. Die Betriebs- und Wartungskosten summieren sich also. Für kontinuierliche und langfristige Projekte bevorzugen Experten Faserlaser-Schneidmaschinen.  

Was Sie vor dem Kauf Ihrer ersten Faserlaser-Schneidemaschine beachten sollten 

1. Materielle Gegenleistung

Welche Art von Material Sie herstellen, ist von größter Bedeutung. Einige Materialien profitieren vom Faserlaserschneiden und liefern hervorragende Ergebnisse, andere nicht. Faserlaser-Schneidemaschinen funktionieren am besten bei Blecharbeiten und Materialien mit hoher Reflexion. Lerne mehr über Welche Materialien kann ein Faserlaser schneiden??

2. Nutzungs- und Produktionsrate

Wenn Ihre Branche eine hohe Produktionsrate und die Herstellung komplizierter Teile erfordert, ist das Faserlaserschneiden geeignet. Andernfalls können Sie die Anschaffungskosten nicht decken. Ich würde eine CO2-Lasermaschine zum Schneiden und einen Faserlaser zum Gravieren für Bastler empfehlen, die eine Lasermaschine für ihre Hinterhofprojekte wollen. 

3. Oberflächenveredelung 

In Bezug auf das dickere Material haben Faserlaser möglicherweise nicht die besten Schnitte, was Geld und Zeit in der Nachbearbeitung des Projekts kostet. Laser schneiden jedoch nach dem Stand der Technik für Blecharbeiten und dünnere Plattenfasern. 

Hauptanwendungen von Faserlaser-Schneidemaschinen

1. Robotikindustrie 

Laserschneidmaschinen und Robotik haben eine tiefe Beziehung. Viele Laserschneid-, Schweiß-, Markierungs- und Bohrmaschinen unterstützen einen Roboterarm, der die Fertigung automatisiert. 

Es ist sogar hilfreich bei der Herstellung kleiner komplizierter Teile, die in Robotern verwendet werden und mit herkömmlichen Schneidegeräten nicht herzustellen sind. Laserschneiden in Kombination mit CNC hat die Welt revolutioniert. 

2. Automobilindustrie 

Die Nachfrage nach Automobilen wächst stetig und damit auch der Bedarf an effizienten Herstellungsprozessen. Aufgrund ihrer hohen Präzision und kürzeren Lieferzeiten sind viele Automobilindustrie Unternehmen haben auf Faserlaser-Schneidmaschinen umgestellt, um hydrogeformte Autoteile zu schneiden. 

Automobilindustrie

3. Luft- und Raumfahrtindustrie

Der Cavalon Sentinel ist das AutoGyro-Premiummodell mit nebeneinander angeordneten Sitzen, verfügbar mit dem neuen hochmodernen und kraftstoffsparenden Rotax XNUMX iS-Motor. Luft-und Raumfahrtindustrie befasst sich mit einem der anspruchsvollsten Designs, das Genauigkeit erfordert. Viele herkömmliche Maschinen beeinträchtigen die Unversehrtheit des Materials beim Schneiden. Dies wirft Sicherheitsbedenken auf. Plasmaschneiden ist ein Beispiel dafür.

Luft-und Raumfahrtindustrie

Das Faserlaserschneiden hat dieses Problem jedoch gelöst, da es von Natur aus gut in Bezug auf Wärmeableitung, exakten Schnitt und minimale Toleranzen ist. 

Vor- und Nachteile der Faserlaser-Schneidemaschine

1. Hohe Präzision und Genauigkeit

Faserlaser konzentrieren eine enorme Leistungsdichte auf einen kleinen Punkt, wodurch das Material schmilzt und eine kleine Pore entsteht. Während sich der Laser bewegt, wird das Material ohne Verformung oder gleichmäßig geschnitten Grate an den Rändern. Da die Wellenlänge eines Faserlasers nur 1 Mikrometer beträgt, im Vergleich zum CO2-Laser mit einer Wellenlänge von 10.7 Mikrometern, kann jede komplexe Form mit überragender Genauigkeit geschnitten werden. 

Faserlaserschneiden kann eine Maßgenauigkeit von ±0.5 mm erreichen. Die Wärmeeinflusszone ist sehr klein, und die endgültige Einheit erfordert eine minimale bis keine maschinelle Bearbeitung, bevor sie direkt verwendet wird.  

2. Schnittgeschwindigkeit  

Faserlaserschneiden ist schneller als herkömmliche Lasertechniken. Bei dünnen Blechen ist kein anderes Schneidverfahren mit Faserlasern vergleichbar. Beim Vergleich der Schnittgeschwindigkeiten von Faser- und CO2-Lasern sehen wir, dass ein 2000-W-Faserlaser so schnell schneiden kann wie ein 6000-W-CO2-Laser. 

Mit fortschreitender Faserlasertechnologie wird es nicht mehr lange dauern, bis wir sehen, dass eine Maschine mit hoher Faserlaserleistung dicke Materialien mit einer Geschwindigkeit schneidet, die mit keiner anderen Technologie verglichen werden kann. 

Laserschneidgeschwindigkeit

3. Berührungsloses Schneiden 

Ein berührungsloses Schneidwerkzeug bedeutet, dass das Schneidwerkzeug nicht aufgrund von Verschleiß ausgetauscht werden muss. Es muss nicht vor jedem neuen Material auf die Härte des Werkzeugs geachtet werden, da Laserstrahlen viele Arten von Materialien durchtrennen können. 

4. Hohe Anpassungsfähigkeit und Flexibilität

Mit CNC-Steuerung und -Automatisierung können Laserstrahlen angepasst und optimiert werden, um komplexe Designs und komplizierte Kanten zu schneiden. Die immense Leistung der kompakten Balkenpackung führt zu einer minimalen Wärmeeinflusszone, die die Form des Endprodukts nicht verformt.  

5. Reduzierter Stromverbrauch 

Faserlasermaschinen verbrauchen 50 % weniger Energie als CO2-Schneidemaschinen. Im Vergleich zu CO2-Lasern erfordern Faserlasermaschinen keinen hohen Wartungsaufwand und keine kostspieligen Reparaturen. Das Design ist effizienter, kompakter und hat einen geringeren CO2-Fußabdruck. CO10-Lasermaschinen benötigen mindestens XNUMX Minuten zum Aufwärmen, bevor sie Material bearbeiten. Im Gegensatz dazu kann eine Faserlasermaschine den Prozess sofort starten.

Die Fähigkeit, unterschiedliche Materialien schneller zu bearbeiten, macht Faserlaser für Großserienhersteller und -produzenten geeignet. 

6. Materialvielfalt

Lange Zeit waren reflektierende Materialien eine Herausforderung für Laserschneidmaschinen. Dennoch können Faserlaser hochreflektierende Materialien wie z Aluminium, Kupfer, Silber, Gold und poliertem Edelstahl. Vorbei sind die Zeiten, in denen das Laserschneiden für dicke Bleche nicht geeignet war. Aufgrund einer breiten Palette von Laserleistungen können Faserlaser dickere Platten mit einer Geschwindigkeit bearbeiten, die mit dem CO2-Laserschneiden vergleichbar ist. 

Aluminiumplatte

Neben Metallen können Faserlaser auch Acryl, Polyoxymethylen, Polymethylmethacrylat, Lucite und Gummi verarbeiten. Weitere Informationen darüber, welche Materialien Faserlaser schneiden können und welche nicht, finden Sie in unserem Artikel.

7. Teure Investition

Der einzige Nachteil von Faserlaser-Schneidmaschinen sind ihre hohen Investitionskosten. Faserlaser ist 2-3 mal teurer als CO2. Aber wenn man bedenkt, dass es sich nur um eine einmalige Investition handelt, die weitaus bedeutendere Vorteile bietet als jede andere Lasertechnologie, sind Faserlaser auf lange Sicht kostengünstig. 

Faserlasermaschinen erfordern keine regelmäßige Wartung oder hohe Betriebskosten. Ein 3000-W-Faserlaser verbraucht schätzungsweise 10 kW elektrische Leistung. Andererseits verbraucht die entsprechende 4000-W-CO2-Lasermaschine eine Energie von bis zu 250 kW. Dies macht einen großen Unterschied in den jährlichen Stromrechnungen zwischen beiden Maschinen. 

Darüber hinaus kann eine Faserlasermaschine aufgrund ihres effizienten Designs ein Leben lang halten.   

Warum Baison Laser für Faserlaser-Schneidanwendungen wählen? 

Baison Laser ist ein Experte für die Bereitstellung hochwertiger und langlebiger Faserlaser-Schneidmaschinen, die für zahlreiche Anwendungen wie Blechschneiden, Formen, Räumen, Bohren usw. geeignet sind.

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Sam Chen

Hey, ich bin Sam!

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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