Welche 3 Verfahren des Laserschneidens man kennen sollte?

Das Laserschneiden, manchmal auch Laserstrahlschneiden genannt, hat vor ca. zwei Jahrzehnten Einzug in die Industrie gehalten und sich seitdem deutlich weiterentwickelt. Heutzutage sind Laserschneider gar nicht mehr aus der Industrie wegzudenken und konventionelle Schneideverfahren wie das Sägen wirken archaisch auf den Betrachter.

Das thermische Trennverfahren, welches vor allen Dingen für Rohre und Bleche angewandt wird, kann sehr gut für alle metallischen Gegenstände, gleich ob Stahl, Aluminium oder Edelstahl angewandt werden.

Die Technik des Laserschneidens

Wenn man es vereinfacht, trifft beim Laserschneiden ein stark fokussierter Laserstrahl hochenergetisch auf ein Werkstück, wodurch Metalldampf und Schmelze entstehen, die mit einem Gas unter Hochdruck weggeblasen werden können. In der Industrie haben sich Faserlaser- und CO2-Laser durchgesetzt.

Die drei Laserschneideverfahren

Beim Laserschneiden wird unterschieden zwischen dem:

  • Laserstrahlschmelzschneiden,
  • Laserstrahlbrennschneiden,
  • Laserstrahlsublimierschneiden.

Dies ist im Wesentlichen davon abhängig, wie der Werkstoff aus der Schnittfuge tritt: Ob als Flüssigkeit, Dampf oder Oxidationsprodukt.

(A) Das Laserstrahlschmelzschneiden wird gerne zum Schneiden von Aluminium oder Edelstahl angewandt. Unter Zuhilfenahme eines Prozessgases (z.B. Stickstoff oder Aron) wird ein Schneidspalt am Werkstück aufgeschmolzen. Die Gase verhindern dabei eine chemische Reaktion des Werkstoffs. Weil die Schnittflächen nicht oxidieren und sich dort auch keine Grate bilden, erspart man sich eine Nachbearbeitung der Schnittflächen.

Die Schnittqualität wird dabei wesentlich beeinflusst von:

  • Der Vorschubgeschwindigkeit,
  • Der Stärke der Laserquelle,
  • Dem Schneidgasdruck,
  • Der Fokuslage.

Bei allen Werkstoffen, die schmelzbar sind, kann diese Technik des Laserstrahlschmelzschneidens angewandt werden.

(B) Beim Laserstrahlbrennschneiden wird durch den Laserstrahl das Werkstück lokal so erhitzt, dass eine Verbrennung nach dem Aufschmelzen erzeugt wird. Unter Einfluss einströmenden Sauerstoffs wird der Werkstoff an der gewünschten Stelle schlichtweg verbrannt. Metallschmelze vermischt sich beim Laserschneiden dann mit entstehenden Eisen-Oxiden. Der Sauerstoffstrahl sorgt für eine Austreibung und das Entstehen der gewünschten Schnittfuge. Wesentlicher Unterschied zum Laserstrahlschmelzschneiden ist, dass beim Laserstrahlbrennschneiden die Schneideflächen oxidieren, was an den Schnittkanten oft zu einer Gratbildung führt. Wer alle Parameter beim Laserschneiden richtig einstellt, kann aber auch dies vermeiden. Ansonsten ist eine Nachbearbeitung erforderlich.

Da beim Laserstahlbrennschneiden auch Dicken bis 3 cm durchgeschnitten werden können, wird es häufig in der Blechbearbeitung von Stahl eingesetzt, – eignet sich aber für alle metallischen, eisenhaltigen Materialien.

(C) Das Laserstrahlsublimierschneiden ist dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff an der Stelle, wo er erwärmt wird, schlichtweg verdampft. Der Werkstoff geht also von der festen Form in den gasförmigen Zustand über – ohne zuvor flüssig zu werden. Mit Prozessgasen wie Stickstoff, Helium oder Argon wird der Werkstoff-Dampf aus der Schnittfuge geblasen. Wichtig dabei ist, dass das Kondensieren des Dampfes dort verhindert wird.

Dieses Verfahren des Laserschneidens wird für viele organische Materialien wie z.B. Leder, Holz oder Textilien angewandt. Auch faserverstärkte oder homogene Kunststoffe könne mit dieser Laserschneide-Technik gut bearbeitet werden. Die entstehenden Schnittkanten werden äußerst glatt und damit auch gratfrei.

Grenzen der Laserschneide-Technik

Auch das Laserschneiden hat Grenzen:

  • Bei Stahl sind nur Plattenstärken bis ca. 4 cm möglich.
  • Bei Aluminium sind Plattenstärken bis ca. 2 cm möglich.

Bestimmte Materialien wie z.B. Kupfer oder Aluminium reflektieren bei Schneidebeginn einen Großteil der Strahlung. Das macht eine deutlich höhere Leistungsdichte notwendig, überdies sorgt die hohe Wärmeleitfähigkeit von Kupfer und Aluminium für eine schnelle Ableitung der Wärme, was für das Laserschneideverfahren berücksichtigt werden muss.