Für das Trennen metallischer und nicht-metallischer Werkstoffe ist ein Laser als Universallösung häufig die erste Wahl. Er bewältigt einfache wie anspruchsvolle Schneidaufgaben mit höchster Präzision. Ungeachtet davon, ob die Werkstücke äußerst filigran und kompliziert sind. Unterschiedliche Schneidgase beeinflussen dabei deutlich den Bearbeitungsprozess und das Ergebnis.

Laserschneidanlagen verfügen heute über eine hohe Performanz und erlauben eine Bearbeitung nahezu aller Blechformate, Materialstärken, Rohre und Profile aus den verschiedensten Werkstoffen. Laserstrahlen durchtrennen schnell und flexibel fast jede Kontur - selbst wenn die Form noch so komplex oder der Werkstoff noch so dünn ist.

Komponenten und Aufbau

Zu den wichtigsten Komponenten eines Lasersystems gehören die Laserstrahlquelle, Laserstrahlführung und die Fokussieroptik (Bearbeitungskopf) mit Schneiddüse. Viele Laser sind außerdem modular aufgebaut und können mit weiteren Modulen wie beispielsweise einer automatisierten Teileentsorgung bequem nachgerüstet werden.

Der Laserstrahl wird in der Laserstrahlquelle erzeugt und dann über Lichtleitkabel (Nd:YAG-Laser, Faserlaser, Scheibenlaser) oder beim CO2-Laser über Umlenkspiegel zur Fokussieroptik geführt. Dort wird er gebündelt und erzeugt so die zum Schneiden erforderliche Strahlstärke.

CO2-Laser verfügen häufig über eine fixe Laserstrahlquelle und einer „fliegenden“ Optik. Ein konstanter Rohstrahldurchmesser auf der Fokussierlinse wird durch das Spiegelteleskop abgesichert. Denn ohne Kompensation durch das Spiegelteleskop würden die verschiedenen Lauflängen der Laserstrahlen für die variierenden Schnittpositionen den Rohstrahldurchmesser auf der Linse verändern. Die logische Konsequenz: unterschiedliche Blendenzahlen und Intensitäten.

Die Strahlführung zwischen der Laserstrahlquelle (Resonator) und der Fokussieroptik erfolgt durch einen gekühlten Spiegel. Die Spiegel bestehen aus einer Gold- oder Molybdänbeschichtung, monokristallinem Silizium oder reinem Kupfer. Bei einem Nd:YAG-, Faser- und Scheibenlaser wird der Laserstrahl über größere Entfernungen per Lichtleitkabel geführt.

Einflussfaktoren für den Schneidvorgang

Eine Reihe von Parametern kann den Laserschneidvorgang mehr oder minder beeinflussen. Einige sind vorgegeben und andere lassen sich je nach Anforderung verändern. Werden Metalle getrennt, so kommt ein Schneidgas zum Einsatz, das aus einer Düse ausströmt. Dieses Gas schützt nicht nur die Linse gegen Rauch und Spritzer, sondern kühlt auch die Ränder des Einschnitts. Zudem bläst es das geschmolzene Metall und die Oxide aus dem Einschnitt.

„In Abhängigkeit von dem Schneidverfahren kommen verschiedene Prozessgase zum Einsatz, die mit unterschiedlichen Drücken durch die Schnittfuge getrieben werden“, betont Dipl.-Ing. Michael Wolters, Technologie Management Schweißen und Schneiden bei der Messer Group GmbH. „Bei unlegierten und niedrig legierten Stählen kommen zum Beispiel Sauerstoff oder Stickstoff zum Einsatz. Werden Edelstahl, Aluminium und Metalllegierungen bearbeitet, so eignet sich Stickstoff und bei Magnesium, Titan und anderen reaktiven Metalle ist meist Argon die erste Wahl.“

Beispielsweise weisen Argon und Stickstoff als Schneidgas den Vorteil aus, dass sie nicht mit dem aufgeschmolzenen Metall im Schnittspalt reagieren. Zudem schirmen sie die Schnittfläche von der Umgebung ab. Sauerstoff trägt durch Reaktion mit dem zu schneidenden Metall auch zu einem optimierten Schneidprozess bei.

Denn durch die Oxidation des Werkstoffs wird die zusätzlich entstehende Wärme dafür verwendet, höhere Schnittgeschwindigkeiten zu erreichen oder stärkeres Material zu schneiden. Dieser Prozess eignet sich jedoch nur für Baustahl und leichte Legierungen.

Im Fokus

Weitere Parameter sind die Fokuslage und der Fokusdurchmesser. Sie bestimmen die Leistungsdichte und Form des Schnittspaltes am Material. Wogegen der Fokusdurchmesser die Spaltbreite und ebenfalls die Form des Schnittspaltes beeinflusst.

Damit der Punkt, an dem das Material anfängt zu schmelzen, erreicht wird, muss eine spezifische Energie pro Fläche aufgewendet werden. Dies ist die Energie pro Fläche und errechnet sich aus der Leistungsdichte x Einwirkzeit auf das Werkstück.

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