Laserschneiden
ist ein thermisches Trennverfahren für plattenförmiges Material (meist Metallbleche, aber auch Holzplatten und organische Materialien) und 3-dimensionale Körper (z. B. Rohre oder Profile) mittels eines Lasers.
Das Verfahren wird dort eingesetzt, wo komplexe Umrisse (zwei- oder auch dreidimensional), eine präzise, schnelle Verarbeitung (typisch 10 m/min, aber auch bis zu 30 m/min) und nahezu kraftfreie Bearbeitung gefordert sind. Gegenüber alternativen Verfahren wie etwa dem Stanzen ist das Laserschneiden bereits bei sehr niedrigen Losgrößen wirtschaftlich einsetzbar.
Um die Vorteile des Laserschneidens mit denen des Nibbelns zu kombinieren, bieten die Hersteller auch kombinierte Maschinen an, die sowohl Operationen mit dem Stanzkopf als auch das Auslasern beliebiger Konturen ermöglichen.
Zum Einsatz kommen fokussierte Hochleistungslaser, meist der CO2-Laser (ein Gaslaser) oder auch zunehmend Nd:YAG-Laser (Festkörperlaser).
Komponenten & Aufbau
Eine Laserschneidmaschine besteht aus einer Laserstrahlquelle, einer Strahlführung und einer (meist bewegten) Fokussieroptik (Hohlspiegel oder Sammellinse). Der die Strahlquelle (den eigentlichen Laser) verlassende Strahl wird durch Lichtleitkabel (Nd:YAG-Laser) oder über Umlenkspiegel (CO2-Laser) zur Bearbeitungsoptik geführt, die den Laserstrahl fokussiert und so die zum Schneiden erforderlichen Leistungsdichten von 106 bis 109 Watt pro cm2 erzeugt.
Anlagen mit CO2-Lasern bestehen meist aus feststehender Laserquelle und einer sogenannten fliegenden Optik. Der aus dem Laser austretende Strahl hat oft nicht die erforderliche Parallelität, um ihn über große und veränderliche Entfernung zu übertragen. Um dies zu gewährleisten und die thermische Belastung der Umlenkspiegel zu verringern wird der Strahl oft mit einem Spiegelteleskop aufgeweitet. Die Strahlführung zwischen Resonator (Laserstrahlquelle) und Fokussieroptik wird durch gegebenenfalls wassergekühlte Spiegel realisiert. Die Spiegel sind gold- oder molybdänbeschichtet und bestehen aus monokristallinem Silizium oder reinem Kupfer.
Bei CO2-Laser-Anlagen, die zwei- oder dreidimensional in allen Freiheitsgraden Metall schneiden sollen, werden zwischen Resonator und Teleskop phasendrehende Spiegel angeordnet: Anordnungen aus 1, 2 oder 4 solchen Spiegeln sorgen dafür, den linear polarisierten Laserstrahl zirkular zu polarisieren, um die Schneidqualität in allen Richtungen gleich zu halten - andernfalls würde die polarisationsabhängige Absorption an der Flanke im Schnittspalt zu einer richtungsabhängigen Kantenqualität und Schneidleistung führen.
Die Strahlung von Nd:YAG- und Faserlasern kann dagegen auch über große Entfernungen über Lichtleitkabel geführt werden.
Die Fokussieroptik besteht bei Nd:YAG-Lasern aus Glas, bei Kohlendioxidlasern aus einkristallinem Zinkselenid oder einem off-axis-Parabolspiegel aus Kupfer.
Der Strahl tritt fokussiert durch die sogenannte Schneiddüse, die meist aus Kupfer besteht und auch das Prozessgas auf die Bearbeitungsstelle lenkt.
Verfahren
Das Laserschneiden setzt sich aus zwei gleichzeitig ablaufenden Teilvorgängen zusammen. Zum einen beruht es darauf, dass der fokussierte Laserstrahl an der Schneidenfront absorbiert wird und so die zum Schneiden benötigte Energie einbringt. Zum anderen stellt die konzentrisch zum Laser angeordnete Schneiddüse das Prozessgas bereit, das die Fokussieroptik vor Dämpfen und Spritzern schützt und weiterhin den abgetragenen Werkstoff aus der Schnittfuge treibt. Je nach der im Wirkbereich erreichten Temperatur und zugeführten Prozessgasart stellen sich unterschiedliche Aggregatzustände des Fugenwerkstoffs ein.
Quelle: Wikipedia
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