Laserschneiden ist eine fortschrittliche Trenntechnik, die sich durch hohe Präzision und große Geschwindigkeit auszeichnet. Je nach Werkstoff und den verwendeten Gasen sind kaum Nachbearbeitungen nötig, die Werkstücke sind nahezu gratfrei und weisen glatte Schnittflächen auf. So gelingt der Schneidprozess mit Schutzgasen.
von Jürgen Steiner, Head of Marketing & Communications, Messer Austria
Das Prinzip des Laserschneidens ist denkbar einfach. Ein Laserstrahl wird auf die Oberfläche des Werkstoffs geleitet, wo er diesen schmilzt, verdampft oder unter Zugabe von Sauerstoff verbrennt. Der eigentliche Schneidprozess beginnt, sobald der Laserstrahl den Werkstoff vollständig durchdrungen hat. In Folge fährt der Strahl die vorgegebene Form ab und durchtrennt dabei das Material.
Wichtige Prozessgrößen
Neben Bauart und Leistung des Lasers spielen noch andere Faktoren eine maßgebliche Rolle. Das sind vorrangig die Brennweite der Schneidlinse, die Position der Linse, der Düsenbohrungsdurchmesser für die verwendeten Prozessgase und die Stellung der Düse. Dazu kommen die Art der verwendeten Gase sowie deren Reinheit und Austrittsdruck. Auch die Trenngeschwindigkeit spielt eine Rolle, diese hängt unmittelbar mit der Güte der Prozessgase zusammen. In Folge werden die wichtigsten Parameter und deren Auswirkung auf das Schneidergebnis kurz skizziert.
Brennweite der Schneidlinse
Sogenannte Fokussierlinsen werden zur Bündelung des Laserstrahls eingesetzt. Dadurch werden bis zu fünf Kilowatt pro Quadratzentimeter Laserstrahlleistung möglich. Meist werden Linsenbrennweiten zwischen fünf und zehn Zoll verwendet.
Position des Fokusses
Beim Laser-Brennschneiden wird der Fokus des Laserstrahls auf die Werkstoffoberfläche gelegt. Dies ist sinnvoll, um die Zündtemperatur möglichst schnell zu erreichen. Das Prozessgas ist Sauerstoff, meist in einer mittleren Güteklasse.
Beim Laser-Schmelzschneiden wird der Fokus nahe der Blechunterseite gesetzt, als Prozessgas sollten Sie je nach Werkstoff Helium, Argon oder Stickstoff kaufen der eine hohe Güteklasse aufweist.
Die Größe der Gasdüse
Die Durchlassmenge wird durch den Gasdruck und den Durchmesser der Düsenbohrung bestimmt. Beim Laser-Brennschneiden von zehn Millimeter dickem Baustahl werden Durchmesser von 1,2 bis 1,5 Millimeter verwendet. Wird gleichdicker Edelstahl durchtrennt, wird eine größere Düse verwendet, meist liegt der Durchmesser der Bohrung zwischen 2,5 und 4,0 Millimeter. Die Düsenbohrung muss stets sauber sein und darf nicht beschädigt werden, weil sonst die Qualität des Schnittes leidet.
Position der Düse
Der Gasstrom, der aus der Düse entweicht, soll möglichst parallel zum Laserstrahl verlaufen. Das Material wird sonst nur ungenügend ausgespült bzw. nicht vollständig verbrannt.
Arbeitsabstand
Der Abstand zwischen Düse und Werkstück beträgt meist 0,25 bis 2,0 Millimeter und sollte sich während des Schneideprozesses möglichst nicht verändern. Je nach Bauart stellen spezielle Sensoren und Steuerungseinheiten den Abstand sicher.
Die Schneidgase
Der Reinheitsgrad der Gase beim Laser-Schmelzschneiden muss vergleichsweise hoch sein, damit die Schnittkanten sauber werden. Ähnliches gilt beim Laser-Brennschneiden für den verwendeten Sauerstoff, der zumindest mittlerer Güte sein soll.
Auswirkung des Schneidgasdrucks
Mit dem Druck wird, ähnlich wie mit dem Düsenbohrungsdurchmesser, die Gaszufuhr reguliert. Er ist beim Laser-Brennschneiden mit zunehmender Werkstoffdicke zu verringern, beim Laser-Schmelzschneiden mit zunehmender Materialstärke zu erhöhen.
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