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Was ist Laserschneiden?

Das Laserschneiden ist ein Trennverfahren, mit dem metallische und nichtmetallische Rohmaterialien unterschiedlicher Materialstärke geschnitten werden können. Die Grundlage bildet ein Laserstrahl, der geführt, geformt und gebündelt wird.

Beim Auftreffen auf das Werkstück wird das Material so weit erhitzt, dass es schmilzt oder verdampft. Dabei wird die gesamte Laserleistung auf einen Punkt konzentriert, dessen Durchmesser oft weniger als einen halben Millimeter beträgt.

Wird in diesem Bereich mehr Wärme zugeführt, als durch Wärmeleitung abgeführt werden kann, durchdringt der Laserstrahl das Material vollständig – der Schneidprozess hat begonnen.

Während bei anderen Verfahren großflächige Werkzeuge mit enormer Kraft auf das Blech einwirken, erledigt der Laserstrahl seine Aufgabe berührungslos. Auf diese Weise wird das Werkzeug nicht abgenutzt, und es entstehen keine Verformungen oder Schäden am Werkstück.

Alle Laserschneidverfahren auf einen Blick

Brennschneiden

Beim Brennschneiden wird als Schneidgas Sauerstoff verwendet, der mit einem Druck von bis zu 6 bar in die Schnittfuge eingeblasen wird. Dort verbrennt und oxidiert es die Metallschmelze. Die durch diese chemische Reaktion erzeugte Energie unterstützt den Laserstrahl. Das Brennschneiden ermöglicht sehr hohe Schneidgeschwindigkeiten und die Bearbeitung von dicken Blechen und unlegierten Stählen.

Schmelzschneiden

Beim Schmelzschneiden werden Stickstoff oder Argon als Schneidgas verwendet. Dieses wird mit einem Druck zwischen 2 und 20 bar durch den Schnittspalt getrieben und reagiert im Gegensatz zum Brennschneiden nicht mit der Metalloberfläche im Schnittspalt. Dieses Schneidverfahren hat den Vorteil, dass die Schnittkanten frei von Graten oder Oxiden bleiben und kaum Nacharbeit erforderlich ist.

Sublimationsschneiden

Das Sublimationsschneiden wird vor allem für Präzisionsschneidaufgaben eingesetzt, die eine sehr hohe Schnittkantenqualität erfordern. Bei diesem Verfahren verdampft der Laser das Material mit möglichst wenig Schmelze. Der Materialdampf erzeugt in der Schnittfuge einen hohen Druck, der die Schmelze nach oben und unten herausdrückt. Das Hilfsgas – Stickstoff, Argon oder Helium – schirmt die Schnittflächen von der Umgebung ab und sorgt dafür, dass die Schnittkanten frei von Oxyden bleiben.

Laser-Präzisionsschneiden

Beim Laserstrahl-Präzisionsschneiden werden mit gepulster Laserenergie einzelne Bohrungen zusammengefügt, die sich zu 50 bis 90 % überlappen und einen Schnittspalt bilden. Die kurzen Pulse erzeugen sehr hohe Pulsspitzenleistungen und extreme Bestrahlungsstärken auf der Werkstückoberfläche. Der Vorteil: Die Erwärmung des Bauteils ist sehr gering, was das Schneiden selbst kompliziertester Teile ohne Wärmeverzug ermöglicht.

laserverfahren vergleich

Brennschneiden & Schmelzschneiden im Vergleich, Quelle: www.teprosa.de

Vorteile des Laserschneidens

Materialvielfalt

Alle in der industriellen Verarbeitung üblichen Werkstoffe – von Stahl über Aluminium, Edelstahl und Buntmetallbleche bis hin zu nichtmetallischen Werkstoffen wie Kunststoff, Glas, Holz oder Keramik – lassen sich mit dem Laser sicher und in hoher Qualität schneiden. Unterschiedlichste Blechdicken von 0,5 bis über 30 Millimeter können mit dem Werkzeug geschnitten werden. Dieses extrem breite Materialspektrum macht den Laser zum Top-Schneidwerkzeug für viele Anwendungen im Bereich der Metalle und Nichtmetalle.

Konturenfreiheit

Der gebündelte Laserstrahl erwärmt das Material nur lokal, der Rest des Werkstücks wird thermisch nur minimal oder gar nicht belastet. Dadurch ist der Schnittspalt kaum breiter als der Strahl und selbst komplexe, filigrane Konturen können glatt und gratfrei geschnitten werden. Eine zeitaufwändige Nachbearbeitung ist in den meisten Fällen nicht mehr notwendig. Aufgrund seiner Flexibilität wird dieses Schneidverfahren häufig bei kleinen Losgrößen, großen Variantenbereichen und im Prototypenbau eingesetzt.

Hochwertige Schnittkanten mit ultrakurzen Pulsen

Ultrakurzpulslaser verdampfen nahezu jedes Material so schnell, dass ein Wärmeeinfluss nicht zu erkennen ist. So entstehen hochwertige Schnittkanten ohne Auswurf von geschmolzenem Material. Damit eignen sich die Laser ideal für die Herstellung filigranster Metallprodukte, wie z. B. Stents für die Medizintechnik. In der Display-Industrie schneiden Ultrakurzpulslaser chemisch gehärtetes Glas.

Parameter, die das Laserschneiden beeinflussen

Fokusposition und Fokusdurchmesser

Die Fokuslage beeinflusst die Bestrahlungsstärke und die Form des Schnittspaltes am Werkstück. Der Fokusdurchmesser bestimmt die Spaltbreite sowie die Form des Schnittspaltes.

Laserleistung

Damit die Bearbeitungsschwelle – der Punkt, an dem das Material zu schmelzen beginnt – überschritten wird, ist eine bestimmte Energiemenge pro Flächeneinheit erforderlich. Diese ist definiert als: Energie pro Flächeneinheit = Bestrahlungsstärke x Einwirkungszeit auf das Werkstück.

Grad der Polarisation

Nahezu alle CO2-Laser liefern linear polarisiertes Laserlicht. Werden Konturen geschnitten, ändert sich das Schneidergebnis mit der Schnittrichtung: Schwingt das Licht parallel zur Schnittrichtung, ist die Kante glatt. Schwingt das Licht senkrecht zur Schneidrichtung, entsteht ein Grat. Aus diesem Grund wird linear polarisiertes Laserlicht oft in zirkular polarisiertes umgewandelt. Der Grad der Polarisation bestimmt, wie gut die angestrebte zirkulare Polarisation erreicht wurde, und ist entscheidend für die Schnittqualität. Bei Festkörperlasern darf die Polarisation nicht verändert werden, sie liefert richtungsunabhängige Schnittergebnisse.

Düsendurchmesser

Die Wahl der richtigen Düse ist entscheidend für die Qualität des Werkstücks. Die Form des Gasstrahls sowie die Gasmenge werden durch den Durchmesser der Düse bestimmt.

Betriebsart

Kontinuierlicher Wellenbetrieb oder pulsierend – mit der Betriebsart können Sie steuern, ob die Laserenergie kontinuierlich oder mit Unterbrechungen auf das Werkstück treffen soll.

Schnittgeschwindigkeit

Die jeweilige Schneidaufgabe und das zu bearbeitende Material bestimmen die Schneidgeschwindigkeit. Grundsätzlich gilt: Je mehr Laserleistung bereitgestellt wird, desto schneller kann geschnitten werden. Zudem verringert sich die Schneidgeschwindigkeit mit zunehmender Materialdicke. Ist die Geschwindigkeit für das jeweilige Material zu hoch oder zu niedrig eingestellt, können erhöhte Oberflächenrauhigkeit und Gratbildung die Folge sein.

Schneidgase und Schneiddrücke

Je nach Schneidverfahren werden unterschiedliche Prozessgase eingesetzt, die mit unterschiedlichen Drücken durch die Schnittfuge getrieben werden. Argon und Stickstoff als Schneidgas haben zum Beispiel den Vorteil, dass sie nicht mit dem geschmolzenen Metall im Schnittspalt reagieren und gleichzeitig den Schneidbereich von der Umgebung abschirmen.