Was ist Faserlaserschneiden: Definition, Verfahren, Parameter und Typen

Jahrelang war der Soundtrack meiner Werkstatt das tiefe, kraftvolle Summen eines CO2-Lasers. Er war ein zuverlässiges, wenn auch störrisches Arbeitstier. Das Schneiden von Baustahl war sein täglich Brot, doch sobald man ihm ein Blech aus Aluminium oder Messing zeigte, bekam er einen Wutanfall. Der Strahl wurde reflektiert, der Schnitt war Schrott, und man verbrachte mehr Zeit damit, ihn zu überreden, als zu schneiden.

Dann, vor etwa einem Jahrzehnt, bekamen wir unseren ersten Faserlaser.

Der Unterschied war gewaltig. Es war, als würde man ein Ackergaul gegen ein Formel-1-Auto eintauschen. Die Maschine war nicht nur schneller; sie war eine völlig andere Spezies. Sie schnitt durch rostfreier Stahl, Aluminium und sogar Kupfer mit einer unheimlichen Stille und einer Geschwindigkeit, die unverantwortlich erschien. Es gab keine riesigen Glasröhren, um die man sich Sorgen machen musste, keine Spiegel, die man ausrichten musste, und unsere Stromrechnung sank so drastisch, dass der Energieversorger anrief, um zu fragen, ob wir pleitegegangen seien.

Diese Maschine veränderte alles. Es war keine schrittweise Verbesserung; es war eine Revolution, die auf einer grundlegend anderen Physik basierte. Das Verständnis dieser Physik ist der Schlüssel zum Verständnis, warum Faserlaser heute die Welt der Metallverarbeitung.

Bevor wir Tauchen Sie ein in die Tiefe Wissenschaft, lassen Sie uns die Kernfragen gleich zu Beginn beantworten.

Kurzzusammenfassung: Faserlaserschneiden erklärt

Was genau ist ein Faserlaser?

Im Kern ist ein Laser nichts weiter als stark gebündeltes Licht. Doch wie dieses Licht erzeugt und verstärkt wird – das „Verstärkungsmedium“ – definiert den Laser. Bei alten CO2-Lasern war das Verstärkungsmedium eine gasgefüllte Glasröhre. Bei einem Faserlaser geschieht die Magie in einem flexiblen Festkörper-Glasfaserkabel.

Denk es dir so:

• Eine Glühbirne ist ein Sprinklerkopf, der überall unfokussiertes und schwaches Licht ausstrahlt.
• Ein CO2-Laser ist eine gute Gartenschlauchdüse, die einen fokussierten, kräftigen Wasserstrahl erzeugt, der eine gewisse Entfernung zurücklegen kann.
• A Faserlaser ist ein Hochdruckreiniger. Er nutzt dieselbe Wasserquelle, verwendet jedoch ein Festkörpersystem, um einen unglaublich intensiven, fokussierten und effizienten Strahl zu erzeugen, der direkt am Aufprallpunkt eine verheerende Kraft hat.

Dieses „Festkörper“-Design ist der Schlüssel. Es gibt keine beweglichen Teile im Strahlerzeugungsprozess, keine auszurichtenden Spiegel und kein Gas, das ausgetauscht werden muss. Es handelt sich um einen robusten, lebenslang versiegelten Motor.

Wie erzeugt die „Faser“ den Laserstrahl?

Der Vorgang klingt wie Science-Fiction, ist aber ein eleganter physikalischer Walzer in vier Schritten, der im Resonator des Lasers tausende Male pro Sekunde abläuft.

Schritt 1: Die Pumpquelle (Pumpdioden)

Alles beginnt mit einfachen, hocheffizienten Laserdioden. Diese unterscheiden sich nicht wesentlich von denen in einem Blu-ray-Player, sind aber deutlich leistungsstärker und in großen Bänken angeordnet. Sie erzeugen zwar viel „rohes“ Licht, das jedoch unfokussiert ist und nicht die richtige Wellenlänge zum Schneiden hat. Ihre einzige Aufgabe ist es, Energie zu pumpen in das Verstärkungsmedium.

Schritt 2: Das Verstärkungsmedium (die dotierte Faser)

Dies ist das Herzstück des Motors. Das Licht der Pumpdioden wird in ein spezielles Glasfaserkabel geleitet. Dabei handelt es sich nicht nur um einen sauberen Glasfaserstrang, sondern um eine „dotierte“ Faser, d. h. ihr Kern ist mit einem Seltenerdelement versetzt, meist Ytterbium.

Trifft das Licht der Pumpdioden auf die Ytterbiumatome, werden diese angeregt. Die Atome nehmen diese Energie auf und geben sie anschließend in Form von Photonen (Lichtteilchen) einer ganz bestimmten Wellenlänge wieder ab: 1.064 Mikrometer (µm)Dies ist die perfekte Wellenlänge für die Absorption durch Metalle.

Schritt 3: Der Resonanzhohlraum (Faser-Bragg-Gitter)

Die Photonen prallen nun im Faserkern hin und her. Um dieses Licht zu einem nutzbaren Laserstrahl zu verstärken, müssen wir dafür sorgen, dass alle Photonen in die gleiche Richtung und im Einklang wandern. Dies geschieht mithilfe sogenannter Faser-Bragg-Gitter, im Wesentlichen Spiegel, die direkt in die Faser selbst eingraviert sind.

Diese Gitter fungieren als Resonanzhohlraum. Sie lassen die Photonen tausende Male entlang der Ytterbium-dotierten Faser hin und her springen. Bei jedem Durchgang regen sie andere angeregte Ytterbium-Atome zur Freisetzung weiterer identischer Photonen an, wodurch das Licht exponentiell verstärkt wird. Einer der „Spiegel“ ist teilweise durchlässig, wodurch der nun unglaublich intensive, perfekt kollimierte Laserstrahl austreten kann.

Schritt 4: Die Lieferfaser und der Schneidkopf

Sobald der Strahl den Resonator verlässt, wird er über ein flexibles Glasfaserkabel zum Schneidkopf geleitet, der am Portal der Maschine montiert ist. Im Inneren des Kopfes fokussieren mehrere Linsen diesen enorm starken Strahl auf einen mikroskopisch kleinen Punkt und erzeugen so die zum Verdampfen von Stahl erforderliche Energiedichte.

Warum eignet sich Faser zum Schneiden von Metall so viel besser als CO2?

Die Antwort ist ein Wort: Wellenlänge.

Ein CO2-Laser erzeugt einen Strahl mit einer Wellenlänge von 10.6 & mgr; mEin Faserlaser erzeugt einen Strahl mit einer Wellenlänge von 1.06 & mgr; m. Oberflächlich betrachtet sieht dies nur wie eine Zahl aus. In der Welt der Physik handelt es sich jedoch um einen spielentscheidenden Unterschied.

Metalle sind reflektierend. Je länger die Wellenlänge des Lichts, desto stärker reflektiert das Metall es wie ein Spiegel. Der 10.6 µm breite Strahl eines CO2-Lasers wird von Metallen, insbesondere reflektierenden Materialien wie Aluminium, Messing und Kupfer, nur schlecht absorbiert. Ein Großteil seiner Energie prallt buchstäblich ab.

Der 1.06 µm Strahl eines Faserlasers ist jedoch 10-mal kürzerDiese kürzere Wellenlänge wird von Metallen wesentlich effizienter absorbiert. Es geht weniger Energie durch Reflexion verloren und mehr wird direkt in Wärme umgewandelt.

Eine Geschichte fehlgeschlagener Schnitte

Ich werde nie vergessen, wie wir zum ersten Mal versuchten, 1/4″ Messing mit unserer alten 4000W CO2-Maschine zu schneiden. Es war ein Albtraum. Der Strahl traf auf die Oberfläche und wurde reflektiert, manchmal direkt zurück in die Maschine, wodurch der Rückreflexionssensor ausgelöst wurde und die gesamte Maschine abgeschaltet wurde. Als wir es schafften, einen Schnitt zu machen, war er langsam, mit Schlacke bedeckt und sah aus, als wäre er von einem Biber angeknabbert worden. Wir zitierten die Arbeit basierend auf unserem Stahlschneiden Geschwindigkeiten und wir haben unser letztes Hemd verloren.

Als ich zum ersten Mal sah, wie dieser Auftrag mit einem 3000-Watt-Faserlaser ausgeführt wurde, war es ein religiöses Erlebnis. Der Kopf bewegte sich mit einer scheinbar unmöglichen Geschwindigkeit und hinterließ eine perfekt saubere, bartfreie Kante. Die reflektierende Oberfläche des Messings störte die Maschine nicht. Die Wellenlänge stimmte, die Absorption war hoch, und die Physik funktionierte.

Wir haben die grundlegenden physikalischen Zusammenhänge geklärt: Die Wellenlänge eines Faserlasers von 1.06 µm ist ein chirurgischer Eingriff in Metall, während der Strahl eines CO2-Lasers von 10.6 µm eher einem stumpfen Instrument gleicht. Diese Tatsache allein erklärt den Leistungsunterschied, erzählt aber nicht die ganze Geschichte. Die Auswirkungen dieser physikalischen Zusammenhänge in der Praxis wirken sich auf jeden Aspekt eines Fertigungsunternehmens aus, von der monatlichen Stromrechnung bis hin zu den Aufträgen, auf die Sie sich bewerben können.

Als wir über die Umstellung auf Glasfaser nachdachten, war sich mein Chef der enormen Investitionen bewusst. Ich sah das Ende meiner Spiegelreflex-Migräne. Wir hatten beide Recht, aber die Vorteile waren viel größer, als wir uns beide vorgestellt hatten.

Wie schneidet ein Faserlaser im Vergleich zu einem CO2-Laser ab?

Dies ist nicht nur ein technischer Vergleich; es ist ein Geschäftsmodell. Jahrzehntelang war CO2 der unangefochtene König der Blech Schneiden. Um diesen König herauszufordern, war eine Technologie erforderlich, die nicht nur schrittweise besser, sondern in vielerlei Hinsicht grundlegend überlegen war. So schlagen sie sich in der Praxis.

Direkter Vergleich: Ballaststoffe vs. CO2

Warum ist Energieeffizienz die versteckte Gewinnmaschine?

Die „Steckdoseneffizienz“ ist die am meisten unterschätzte Kennzahl in Laser schneiden. Es ist das Maß dafür, wie viel elektrische Energie aus der Steckdose tatsächlich in nutzbares Schneidlicht umgewandelt wird. Unser alter 4-kW-CO2-Laser war ein Stromfresser. Allein für 4 kW Schneidleistung zog er über 40 kW Strom aus dem Netz. Der Rest ging als Wärme verloren, für deren Beseitigung wir dann noch mehr Geld mit einem riesigen Kühler bezahlen mussten.

Unser erster 4-kW-Faserlaser hingegen benötigte für die gleiche Schneidleistung etwa 12 kW. Unsere Stromrechnung sank um mehr als zwei Drittel, eine Einsparung, die sich jeden Monat direkt auf unser Geschäftsergebnis auswirkte. Ein unerbittlicher, sich steigernder finanzieller Vorteil.

Welche Wartungsprobleme werden durch Glasfaser beseitigt?

Jedes CO2 Laserbediener kennt die Qual des „Jagds auf den Strahl“. Der Strahlengang einer CO2-Maschine besteht aus einer Reihe von Spiegeln, die den Laser vom Resonatorrohr zum Schneidekörper leiten. Kopf. Wenn ein Gabelstapler gegen die Maschine stößt, sich das Fundament setzt oder es einfach nur Dienstag ist, können diese Spiegel ihre Ausrichtung verlieren.

Sie verbringen Stunden damit, winzige Schrauben zu drehen, Testschüsse auf Acrylstücke abzugeben und zu versuchen, einen perfekt runden Brandfleck zu erhalten. Das war keine „Verdienstzeit“, sondern „Schraubenzeit“. Ein Faserlaser hat keine Spiegel. Der Strahl wird in einem versiegelten Glasfaserkabel erzeugt und weitergeleitet. Er ist immer ausgerichtet. Sie schalten ihn ein, und er funktioniert. Diese Zuverlässigkeit verändert die Betriebszeit und den Durchsatz Ihrer Werkstatt grundlegend.

Wie wirken sich die Betriebskosten auf meinen Preis pro Teil aus?

Wenn Sie ein lasergeschnittenes Teil zitieren, sind Sie Berechnung der Kosten auf Basis der Maschine Zeit. Nehmen wir an, wir müssen 1,000 identische Teile aus 2 mm schneiden rostfreier Stahl.

• CO2-Laser: Der Schnitt erfolgt langsamer, daher ist die Maschinenlaufzeit höher. Der Stromverbrauch während dieser Zeit ist enorm. Zu berücksichtigen sind die Kosten für Verbrauchsoptik und Lasergas.
• Faserlaser: Der Schnitt erfolgt dreimal schneller, die Maschinenlaufzeit beträgt somit ein Drittel des CO2-Ausstoßes. Der Stromverbrauch beträgt einen Bruchteil. Es fallen keine Gas- oder Spiegelkosten an.

Der Preis pro Teil ist beim Faserlaser deutlich niedriger, sodass Sie bei Ihren Angeboten wettbewerbsfähiger sein und gleichzeitig eine gesündere Gewinnspanne erzielen können.

Was sind die fünf entscheidenden Parameter für einen perfekten Schnitt?

Der Besitz eines Faserlasers ist wie der Besitz eines Formel-1-Autos. Er ist ein unglaubliches Stück Ingenieurskunst. Aber wenn der Fahrer nicht weiß, wie er Gas geben, Bremsen und Lenkung bedienen soll, ist das eine sehr teure Art zu einem Unfall. In der Faser Laser schneiden, unsere Kontrollen sind die Schneidparameter. Die richtigen Parameter machen den Unterschied zwischen einem perfekten Teil und einem Haufen geschmolzenen Schrotts aus.

Es gibt Hunderte von Variablen, aber sie alle laufen auf fünf kritische Hebel hinaus, die der Bediener beherrschen muss.

Parameter 1: Laserleistung (Der Vorschlaghammer)

Gemessen in Watt (W) oder Kilowatt (kW) ist dies die abgegebene Rohenergie. Mehr Leistung ermöglicht es Ihnen, dickere Materialien oder das gleiche Material schneller zu schneiden. Zu viel Leistung bei dünnem Material ist jedoch wie mit Kanonen auf Spatzen schießen – Sie erzeugen einen breiten Schnittspalt (die Breite des Schnitts) und eine unschöne Wärmeeinflusszone.

Parameter 2: Schnittgeschwindigkeit (Das Tempo)

Gemessen in Millimetern oder Zoll pro Minute, gibt dies die Geschwindigkeit an, mit der sich der Kopf über das Material bewegt. Geschwindigkeit und Leistung sind ein sensibler Tanz. Wenn Sie sich für Ihre Leistungseinstellung zu schnell bewegen, dringen Sie nicht in das Material ein. Wenn Sie sich zu langsam bewegen, gelangt zu viel Hitze in das Teil, was zu Verformungen und einer rauen, geschmolzenen Kante führt.

Parameter 3: Assist Gas (Der Hausmeister)

Da der Laser das Metall verdampft, benötigen Sie einen Hochdruckgasstrahl, um das geschmolzene Material aus dem Schnitt herauszublasen. Art und Druck dieses Gases sind entscheidend.

• Sauerstoff: Wird für Weichstahl verwendet. Es erzeugt eine exotherme Reaktion, die den Schnitt im Wesentlichen „auflädt“, aber eine oxidierte Kante hinterlässt.
• Stickstoff: Verwendet für Edelstahl und Aluminium. Es handelt sich um ein Inertgas, das Oxidation verhindert und eine saubere, glänzende, lackierbereite Kante erzeugt, allerdings auf Kosten eines viel höheren Drucks und Verbrauchs.

Parameter 4: Brennpunkt (Die Schärfe)

Der Laserstrahl wird durch eine Linse im Schneidkopf auf einen winzigen Punkt fokussiert. Die vertikale Position dieses Fokus Punkt relativ zum Material Die Oberfläche ist wohl der wichtigste Parameter für die Schnittqualität.

• Fokus auf die Oberfläche: Gut zum Gravieren.
• Konzentrieren Sie sich knapp unter die Oberfläche: Ideal für die meisten Schnitte, da ein sauberer, paralleler Schnitt entsteht.
• Fokus weit unter der Oberfläche: Kann zu einem V-förmigen, schlackenbedeckten Schnitt führen.

Eine Fallstudie zum Thema Schrott

Wir hatten einmal einen Eilauftrag für ein Robotikunternehmen – 500 komplexe Teile aus 1 mm 316 rostfreier Stahl, ein hochwertiges Material. Ein neuer Bediener, der im Umgang mit Weichstahl geschult war, richtete die Arbeit ein. Die Leistung stimmte, die Geschwindigkeit stimmte und das Stickstoffgas floss. Aber er stellte den Fokus Punkt, wo er für Stahl, nicht rostfrei.

Das Ergebnis war eine Katastrophe. Jedes einzelne Teil hatte einen hässlichen, ausgefransten Rand aus Schlacke (wiedererstarrtes geschmolzenes Metall), der an der Unterseite festgeschweißt war. Der Laser hatte zwar genug Kraft, um durchzudringen, aber da der Fokus falsch war, konnte er das geschmolzene Material nicht sauber ausstoßen. Wir verbrachten zwei volle Tage damit, jedes einzelne Teil mit Winkelschleifern manuell zu entgraten, ein Prozess, der mehr kostete als die Material selbst und vollständig Die Gewinnspanne des Auftrags wurde zunichte gemacht. Es war eine harte und teure Lektion über die Macht eines einzigen Parameters.

Parameter 5: Abstand (Die Lücke)

Dies ist der physische Abstand zwischen der Düsenspitze und der Werkstückoberfläche, typischerweise etwa 1 mm. Dieser Abstand beeinflusst, wie das Hilfsgas in den Schnitt strömt. Ein gleichmäßiger Abstand ist entscheidend, weshalb Schneidköpfe kapazitive Sensoren verwenden, um diesen Abstand auch bei Blech ist nicht vollkommen flach.

Diese fünf Parameter sind miteinander verbunden. Ändert man einen Parameter, müssen auch die anderen angepasst werden. Die Beherrschung dieses Gleichgewichts ist die wahre Kunst der Laserbedienung.

Wir haben die Maschine seziert und die fünf entscheidenden Hebel identifiziert, die ein Bediener bedienen muss: Leistung, Geschwindigkeit, Hilfsgas, Fokuspunkt und Arbeitsabstand. Zu wissen, was die Bedienelemente bewirken, ist eine Sache; sie so zu orchestrieren, dass ein fehlerfreies Teil entsteht, ist eine ganz andere. Es ist der Unterschied, ob man weiß, wo sich Gaspedal und Lenkrad befinden, oder ob man einen Grand Prix gewinnt.

Für einen unerfahrenen Bediener kann eine Seite voller Parameter wie eine unlösbare Gleichung aussehen. Für einen erfahrenen Maschinisten ist sie jedoch ein Kochrezept. Und genau wie in einer Luxusküche beginnt man mit einem Grundrezept, probiert und passt es aber immer an, bevor man das fertige Gericht serviert.

Wie erstellt man einen „Spickzettel“ für Schnittparameter?

Die ehrliche Antwort lautet: Man erstellt keinen von Grund auf neu. Man erbt einen und perfektioniert ihn dann. Jeder moderne Faserlaser ist mit einem leistungsstarken Computer ausgestattet, der eine „Parameterbibliothek“ oder „Technische Tabellen“ enthält. Dies sind Datenbanken, die von der Ingenieure des Herstellers, die einen soliden Ausgangspunkt für praktisch jedes gängige Material und jede Dicke bieten. Aber hier ist das Geheimnis, das jeder gute Bediener kennt: die Die Bibliothek des Herstellers ist sicher und zuverlässig, nicht unbedingt optimal für Wir koordinieren den Versand bestimmte Maschine, Wir koordinieren den Versand Materialcharge und Wir koordinieren den Versand Qualitätsanforderungen.

Warum müssen Sie mit der Herstellerbibliothek beginnen?

Diese Datenbank ist Ihre Grundlage. Wenn Sie 3mm schneiden müssen 304 EdelstahlWählen Sie das Material aus dem Menü aus. Die Maschine lädt sofort einen vorprogrammierten Parametersatz: empfohlene Leistung, Geschwindigkeit, Stickstoffdruck, Brennpunkt usw. Bei 80 % der Aufträge führt dies zu einem guten, akzeptablen Teil. Es verhindert, dass Sie im Dunkeln beginnen und möglicherweise das Maschine oder Verschwendung eines ganzen Blechs auf einer wilden Vermutung.

Warum ist ein Testschnitt nicht verhandelbar?

Bevor ich einen Auftrag ausführe, dessen Materialkosten mehrere hundert Dollar übersteigen, nehme ich ein Stück Abfall von der exakt dieselbe Charge und führe ein kleines Testprogramm aus – normalerweise ein 25 mm großes Quadrat mit einem 10 mm großen Loch in der Mitte. Das dauert 30 Sekunden, aber es sagt mir alles. Ich nehme das Teil in die Hand, betaste die Unterkante und untersuche die Schnittfläche unter einer Lampe.

• Gibt es Schlacke? Wenn ich an der Unterseite eine scharfe, ausgefranste Kante spüre, ist der Ausstoß des geschmolzenen Materials nicht sauber.
• Ist die Kante glatt? Ich achte auf vertikale Streifen. Glatte, schwache Linien sind gut und weisen auf einen stabilen Schnitt hin. Gezackte, raue Linien bedeuten, dass der Prozess instabil ist.
• Ist die Ecke scharf? Ich überprüfe die kleine Innenecke des Quadrats. Wenn sie abgerundet oder geschmolzen ist, ist das Geschwindigkeits-Leistungs-Verhältnis für die Verzögerung nicht richtig.

Diese 30-Sekunden-Diagnose spart Tausende von Dollar an Ausschussmaterial.

Wie stellen Sie eine perfekte Kante ein?

Basierend auf dem Probeschnitt nehmen Sie kleine, methodische Anpassungen vor. Das ist die Kunst.

• Wenn Sie schwere, hartnäckige Schlacke sehen: Ihre Geschwindigkeit ist wahrscheinlich zu hoch oder Ihr Brennpunkt zu hoch. Der Laser schmilzt das Metall, aber das Hilfsgas kann den Schnittspalt nicht verlassen, bevor das Material wieder erstarrt. Die erste Anpassung besteht oft darin, den Brennpunkt etwas tiefer in das Material zu senken und den Gasdruck zu erhöhen. Wenn dies nicht hilft, reduzieren Sie die Schnittgeschwindigkeit um 5 %.
• Wenn Sie eine geschmolzene, abgerundete Oberkante sehen: Ihre Leistung ist zu hoch oder Ihre Geschwindigkeit zu niedrig. Sie leiten übermäßige Hitze in das Teil. Sie können versuchen, die Geschwindigkeit um 5–10 % zu erhöhen, um der Hitze zu entkommen.
• Wenn das Teil nicht vollständig durchgeschnitten wird: Dies wird als „Verlust des Schnitts“ bezeichnet. Die Ursache liegt meist entweder in einer für die Geschwindigkeit unzureichenden Leistung oder in einer „schmutzigen“ Stelle auf dem Material, die den Vorgang unterbrochen hat.

Warum sollte jeder Betreiber ein Logbuch führen?

Das wertvollste Werkzeug neben meinem Laser ist kein Messschieber, sondern ein einfaches Spiralheft. Darin halten wir die „goldenen Parameter“ für bestimmte Aufträge fest. Ein Eintrag könnte so aussehen: „Kunde XYZ, Teil Nr. 789A, 4 mm Hardox 450. Bibliothekseinstellung verwendet, aber Fokus um -0.5 mm gesenkt und N2-Druck auf 22 bar erhöht. Perfekte, bartfreie Kante.„Metall von verschiedenen Lieferanten und sogar verschiedene Chargen desselben Lieferanten können leichte chemische Unterschiede aufweisen, die sich auf das Schneidverhalten auswirken. Dieses Logbuch verwandelt Stammeswissen in einen wiederholbaren Prozess und gewährleistet Konsistenz, unabhängig davon, welcher Bediener die Maschine bedient.“

Was sind die 5 häufigsten Fehler beim Design für Laserschneiden (DfLC)?

Die beste Maschine und der geschickteste Bediener können ein schlecht konstruiertes Teil nicht retten. Viele Probleme, die der Maschine zugeschrieben werden, entstehen tatsächlich in der CAD-Software. Das Entwerfen für die Der Herstellungsprozess ist ein Kernstück der Ingenieurskunst Disziplin, und hier sind die fünf Todsünden, die Designer meiner Beobachtung nach jede Woche begehen.

Fehler 1: Zu kleine Merkmale und Löcher

Ein Designer zeichnet ein wunderschönes Teil mit winzigen, filigranen 0.5-mm-Löchern in eine 3 mm dicke Stahlplatte. Auf dem Bildschirm sieht es toll aus. Auf der Maschine ist es jedoch eine Katastrophe. Der Laser durchdringt das Material, doch weil das Loch im Verhältnis zur Tiefe so schmal ist, kann das Hilfsgas nicht richtig strömen, um das geschmolzene Metall auszustoßen. Die Energie des Lasers wird eingeschlossen, überhitzt den Bereich und verwandelt das winzige Loch in einen geschmolzenen, nutzlosen Krater.

• Die Regel: Die kleinste Abmessung eines Elements (z. B. ein Lochdurchmesser oder die Breite eines Schlitzes) sollte nicht kleiner als die Materialstärke sein. Für qualitativ hochwertige Ergebnisse empfehle ich ein Verhältnis von 1.5:1.

Fehler 2: Unzureichender Abstand zwischen den Teilen

Um Material zu sparen, „schachtelt“ ein Designer die Teile in seiner CAD-Software so eng wie möglich auf einem Blatt und lässt nur einen hauchdünnen Abstand zwischen ihnen. Wenn die Laser schneidet das erste Teil, wird eine enorme Hitze in das dünne Materialgewebe abgegeben, das zurückbleibt. Dieses Gewebe kann sich verziehen oder, schlimmer noch, so dünn werden, dass es sich ablöst und in den Weg des Schneidkopfes kippt. Ein Kopfaufprall mit 2,000 mm/min kann eine 5,000-Dollar-Linsenbaugruppe in einer Millisekunde zerstören.

• Die Regel: Lassen Sie zwischen den Teilen einen Abstand, der mindestens der Materialstärke entspricht, vorzugsweise jedoch größer (2–3 mm sind bei den meisten Messgeräten eine sichere Wahl).

Fehler 3: Vergessen der Schnittfugenkompensation

A Ein Kunde schickte uns einmal einen Entwurf für ein komplexes Presspassung. Es war ein Blech Box mit ineinandergreifenden Laschen und Schlitzen. Er hatte die Laschen und Schlitze genau gleich groß entworfen – eine 10-mm-Lasche, die in einen 10-mm-Schlitz passte. Den Schnittfugenbereich hatte er nicht berücksichtigt. Der Schnittfugenbereich unseres Lasers betrug 0.2 mm. Das bedeutete, dass sein 10-mm-Schlitz tatsächlich 10.2 mm und seine 10-mm-Lasche 9.8 mm lang war. Die endgültige Baugruppe war ein lockeres, klapperndes Durcheinander statt eines festen Sitzes.

• Die Regel: Kennen Sie die Schnittfuge der Maschine, für die Sie konstruieren. Bei eng anliegenden Teilen muss der Konstrukteur den Schnittpfad in der CAD-Datei versetzen, um das vom Laser entfernte Material auszugleichen.

Fehler 4: Unmöglich scharfe Innenecken verlangen

Ein Laserstrahl ist ein auf einen Punkt fokussierter Lichtzylinder. Er hat einen physikalischen Radius. Daher ist es physikalisch unmöglich, eine perfekte Innenecke mit Nullradius zu schneiden. Es entsteht immer ein kleiner Radius, der ungefähr dem Radius des Strahls entspricht. Versuche, dies zu erzwingen, führen zu einer verzerrten, überhitzten Ecke.

• Die Regel: Bei Teilen, die mit scharfkantigen Objekten verbunden werden müssen, sollte in der Ecke ein kleiner „Hundeknochen“- oder T-Bone-Ausschnitt vorgesehen werden. Dadurch entsteht Platz für die Ecke des Gegenstücks und der Laser kann einen sauberen, durchgehenden Schnitt ausführen, ohne zu verweilen oder zu überhitzen.

Fehler 5: Material und Ästhetik ignorieren

Ein Designer entwirft ein Teil aus gebürstetem Edelstahl für ein hochwertiges Küchengerät. Die Teile werden zufällig auf dem Blech angeordnet, um die Materialausbeute zu maximieren. Wenn die Teile werden zusammengebautDas gebürstete Maserungsmuster verläuft in alle Richtungen und sieht wie ein chaotisches Durcheinander aus. Das Produkt ist funktional perfekt, ästhetisch jedoch ein Reinfall.

• Die Regel: Bei ästhetischen Teilen muss der Designer die Maserungsrichtung angeben und sicherstellen, dass alle Teile mit einer gleichmäßigen, gezielten Maserung verschachtelt sind. Dies kann zu einer geringeren Materialausbeute führen, ist aber für ein Premiumprodukt ein notwendiger Kostenfaktor.

Ballaststoffe beherrschen Laser schneiden ist eine dreistimmige Harmonie. Sie erfordert das Verständnis der Maschinenphysik, die Beherrschung der Betriebsparameter und die Berücksichtigung der Prozessbeschränkungen bei der Konstruktion. Wenn Konstrukteur, Programmierer und Bediener zusammenarbeiten, kann diese unglaubliche Technologie Teile mit einer Geschwindigkeit, Präzision und Qualität produzieren, die noch vor einer Generation als Science-Fiction galt.

Referenzen

1. Powell, J., Al-Mashikhi, SO, Kaplan, AF, & Voisey, KT (2011). Die Absorptionsfähigkeit einer großen Bandbreite von Stählen gegenüber 1.07 µm und 10.6 µm Laserstrahlung. Zeitschrift für Laseranwendungen, 23(3), 032004. [Online] Verfügbar unter: https://lia.scitation.org/doi/abs/10.2351/1.3597825
2. TRUMPF SE + Co. KG. (nd). Festkörperlaser. TRUMPF Technologieleitfäden. [Online] Verfügbar unter: https://www.trumpf.com/en_US/solutions/applications/laser-cutting/solid-state-lasers/
3. Taha, Z. & Gumenyuk, A. (2018). Faserlaserschneiden: Verfahren, Einflussfaktoren und Anwendungen. Schweißen in der Welt, 62(4), 815–831. [Online] Verfügbar unter: https://link.springer.com/article/10.1007/s40194-018-0583-y

Häufig gestellte Fragen (FAQs)

Was ist der Hauptvorteil eines Faserlasers gegenüber einem CO2-Laser?

Beim Schneiden von Metallen liegen die Hauptvorteile in Geschwindigkeit und Energieeffizienz. Ein Faserlaser kann dünne Metalle bis zu fünfmal schneller schneiden als ein CO2-Laser und verbraucht dabei weniger als ein Drittel des Stroms, was zu deutlich niedrigeren Stückkosten führt.

Kann ein Faserlaser Holz oder Acryl schneiden?

Nein, ein Faserlaser ist für organische Materialien wie Holz, Acryl, Leder und Kunststoffe generell keine gute Wahl. Seine Wellenlänge von 1.06 µm wird von diesen Materialien nicht gut absorbiert und neigt dazu, sie zu durchdringen oder ungleichmäßig zu schmelzen. Ein CO2-Laser mit seiner Wellenlänge von 10.6 µm ist der Industriestandard zum Schneiden organischer Materialien.

Was ist „Schlacke“ beim Laserschneiden?

Schlacke ist das unerwünschte, erstarrte geschmolzene Metall, das an der Unterkante eines lasergeschnittenen Teils haftet. Sie ist ein Zeichen dafür, dass die Schneidparameter – in der Regel Brennpunkt, Schneidgeschwindigkeit oder Hilfsgasdruck – nicht optimiert sind, was das saubere Auswerfen des geschmolzenen Materials aus dem Schnitt verhindert.

Warum wird für Edelstahl Stickstoff als Hilfsgas verwendet?

Stickstoff ist ein inertes Gas. Als Hilfsgas unter hohem Druck bläst es den geschmolzenen Edelstahl aus dem Schnitt, ohne mit ihm zu reagieren. Dies verhindert Oxidation und führt zu einer sauberen, glänzenden, silbernen Kante, die ohne weitere Bearbeitung zum Schweißen oder Lackieren bereit ist.

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