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Auf einen Blick: das Lasersublimierschneiden

Das Lasersublimierschneiden wird insbesondere für Werkstoffe wie Holz, Kunststoffe, Verbundwerkstoffe, Plexiglas (PMMA), Keramik oder Papier verwendet, die über keinen Schmelzpunkt verfügen. Der Werkstoff geht dabei meist direkt vom festen in den gasförmigen Zustand über. Das Prozessgas hat die Aufgabe, die Partikel und Dämpfe von der Optik und Schnittfuge fernzuhalten.

Für das Lasersublimierschneiden ist es kennzeichnend, dass der erhitzte Werkstoff meist sofort verdampft – ohne zwischenzeitlich in einen flüssigen Aggregatzustand versetzt zu werden. Diesen Vorgang nennt man Sublimation. Aufgrund dessen kommt dieses Verfahren häufig bei Werkstoffen zum Einsatz, die keinen ausgeprägten schmelzflüssigen Zustand erreichen können. Ein sogenannter reiner Sublimationsschneideprozess liegt zum Beispiel beim Laserschneiden von Werkstoffen wie beispielsweise Plexiglas und Holz vor.

In der Regel wird als Prozessgas Stickstoff, Luft, Helium oder Argon verwendet. Diese Gase sollen dafür sorgen, dass der Dampf des Werkstoffes, welcher während der Sublimation entsteht, aus der Schnittfuge ausgeblasen wird. Gleichzeitig verhindern die Gase das Kondensieren des Dampfes, Einflammen bei Materialien wie zum Beispiel Holz oder Papier als auch eine starke Rauchentwicklung.

Der Materialdampf erzeugt in der Schnittfuge einen hohen Druck und der Materialabtrag erfolgt durch eine Schmelzeverdrängung aus der Schnittfuge. Zu denen für dieses Verfahren geeigneten Werkstoffen gehören Leder, Textilien, homogene und faserverstärkte Kunststoffe, Papier, Holz, Keramik, Quarzglas, Verbundwerkstoffe und Plexiglas (PMMA).

Höhere Leistungsdichte und Lasertypen

Das Lasersublimierschneiden erfordert bei der Bearbeitung im Vergleich zu den Verfahren des Laserbrenn- und Laserschmelzschneidens eine deutlich höhere Leistungsdichte. Dafür kommt es mit wesentlich geringeren Vorschubgeschwindigkeiten zurecht.

Die Schnitttiefen liegen pro Durchgang, auch Singlepass genannt, vielfach nur im Bereich einiger Mikrometer. Bei größeren Werkstoffstärken erfolgt die Bearbeitung im Multipass-Verfahren. Die Werkstoffquerschnitte sind beim Lasersublimierschneiden je nach Material etwa bei max. 1 mm angesiedelt. Meist kommen hierfür Festkörperlaser für beispielsweise Keramiken sowie CO2-Laser für Keramiken und Kunststoffe zum Einsatz.

Gratfreie Schneideprozesse

Da das Verfahren auf dem Prinzip des Verdampfens des Werkstoffes und dem sofortigen Ausblasen der entstehenden Dämpfe beruht, können sowohl organische als auch anorganische Werkstoffe präzise und sicher bearbeitet werden. Die geschnittenen Bauteile sind im Ergebnis immer gratfrei. Das heißt, eine mechanische Nachbearbeitung ist in den meisten Fällen nicht notwendig.

So erhalten Kunststoffe wie beispielsweise PMMA durch das Sublimierschneiden transparente, glatte Schnittkanten. Beim Schneiden von Holz können sich die Schnittkanten dunkel färben. Dem kann man durch Pulsen, Verwenden von sauerstoffhaltigem Blasgas (Luft), gute Fokussierung oder einem schnellen Schnitt mit ausreichender Leistung begegnen.

Gepulste Laser mit hoher Spitzenleistung und hoher Leistungsflussdichte sind in der Lage, Materialien nahezu frei von einer Schmelz- oder Wärmeeinflusszone abzutragen, die normalerweise nicht sublimieren.

Probleme beim Schneiden

Falls Fehler bei den Schneideprozessen auftauchen sollten, so können diese mit dem Umgang von Schneidgas zusammenhängen. Es empfiehlt sich dazu unter anderem den Gasdruck und Durchfluss zu prüfen. Die dafür notwendigen Messungen sollten möglichst nah an der Düse ausgeführt werden.

Das Schneidgas wird zwischen der Linse und Düse bereitgestellt und der Schneidgasdruck im Schneidkopf gemessen. Vor allem beim Einstechen muss hinreichend Schneidgasdruck angelegt sein, bevor der Laserstrahl aktiviert wird. Die Düse sollte nicht zu tief auf der Werkstückoberfläche positioniert sein, da die Gefahr besteht, dass die Linse beim Einstechen mit Spritzer verunreinigt wird.

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