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Laserschneiden: Alles über Strahlführungssystem und Gase

Nach dem heutigen Stand der Technik kann nahezu jede Art von Werkstoff, beispielsweise Metalle, Dielektrika und organische Materialien mit einem Laser geschnitten werden. Für eine optimale Qualität müssen die Parameter des Laserstrahls wie die Wellenlänge, mittlere Leistung, Pulsenergie und Pulsdauer der Applikation genau angepasst werden.

Das Laserschneiden wird vor allem auch dort eingesetzt, wo komplexe Umrisse, eine präzise, schnelle Verarbeitung, die Herstellung dreidimensionaler Durchbrüche und eine berührungslose, materialschonende, nahezu kraftfreie Bearbeitung zur Anwendung kommt. Außerdem profitieren Anwender von Vorteilen wie beispielsweise verminderte Rüstkosten, eine geringere Staubbelastung sowie kein Werkzeugverschleiß. Im Vergleich zu alternativen Verfahren wie beispielsweise das Stanzen, ist die Laserbearbeitung bereits bei sehr niedrigen Losgrößen wirtschaftlich sinnvoll.

Die Bearbeitung von komplexen Umrissen nennt man auch 2D- bzw. 3D-Laserschneiden. Für plattenförmige Werkstoffe ist das 2D-Laserschneiden die geeignete Lösung, da die meisten Werkstoffe damit schnell und mit niedrigen Kosten geschnitten werden können. Das 3D-Laserschneiden wird überall verwendet, wo komplexe 3D-Geometrien mit sehr hohen Maßgenauigkeiten produziert werden. Eine der typischen Anwendungen ist die Fertigung dreidimensionaler Durchbrüche bzw. Rohkarosserien.

Strahlführungssystem beim Laserschneiden

Bei einem CO2-Laser wird der Laserstrahl wegen seiner Wellenlänge mit Spiegeln zum Bearbeitungskopf geführt. Die Spiegel gehören zu einem geschlossenen Strahlführungssystem, das Streustrahlungen aus der Umgebung verhindert als auch den Laserstrahl vor Staub, Feuchtigkeit, Reinigungsflüssigkeit und Gasen schützen soll. Vor allem Gase wie zum Beispiel Kohlenwasserstoffe oder Kohlendioxid aus der Verbrennung können den Laserstrahl beeinflussen. Das Strahlführungssystem sollte mit reinem Gas gereinigt werden, um einer Beschädigung der Spiegel und einer Manipulation der Laserstrahlung vorzubeugen.

Der Laserstrahl eines Festkörperlasers (Stab-, Scheiben- bzw. Faserlasers) wird nicht durch Spiegel, sondern per Glasfasern zum Bearbeitungskopf befördert. Dabei ist zu beachten, dass die Ringleitungen - wie sie zum Beispiel für den Betrieb von Druckluftwerkzeugen verwendet werden - nicht über die nötige Reinheit verfügen, die für Laser-Gasleitungen jedoch zwingend erforderlich sind. „Bei solchen Zuleitungen können die größten Probleme entstehen“, betont Dipl.-Ing. Michael Wolters, Technologie Management Schweißen und Schneiden bei der Messer Group GmbH. „Mit einer Kupferleitung geht man sicher, dass das Gas in jedem Fall sauber bleibt. Zudem lassen Kunststoffschläuche den Resonator schneller für Defekte anfällig werden.“

An der Gasflasche selbst sollte man keine herkömmlichen Druckminderer anschließen. Hierfür empfehlen sich spezielle Geräte für Reinstgase, so Wolters. Denn in einem normalen Druckminderer befindet sich nur eine Kunststoffmembran. Reinstgas-Druckminderer verfügen jedoch über eine Stahlmembran. Kunststoffe oder Gummi sind für die Luftfeuchtigkeit durchlässig. Das heißt, Luftfeuchtigkeit dringt in den Innenraum und verschmutzt das Gas. Die logische Folge: Der Schneideprozess wird gestört.

Die größten Fehlerquellen beim Laserschneiden

Laserschneiden ist im Prinzip eine Wechselwirkung zwischen einem gebündelten Laserstrahl und einem Werkstoff. Damit dieser Prozess das gewünschte Ergebnis erzielt, müssen eine Reihe von Komponenten und Hilfsmittel am und um den Laserstrahl optimal zusammenwirken. Hier ein paar Fehlerquellen, die im Zusammenhang mit dem Laserschneiden immer wieder auftreten können:

  • Falsche Auswahl des Schneidgases für die jeweiligen Werkstoffe.
  • Falsche Fokussierung des Laserstrahls auf dem Werkstoff. Je nach Anlage und Laser kann dies auf der Oberkante, Unterkante oder mitten drin erfolgen.
  • Die Präzision bei den Schnittkanten. Eine höhere Reinheit der Prozessgase bewirkt auch eine höhere Qualität der Schnittkanten. Darüber hinaus kann dadurch die maximal mögliche Blechdicke für einen sauberen Schnitt gesteigert werden.
  • Bei der Gasversorgung eines CO2-Lasers können viele Fehler passieren. Das Resonatorgas sollte dafür so rein wie möglich sein und auch sehr rein im Resonator ankommen.

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