Blechlaserschneiden: Prozess, Vor- und Nachteile
Schneidvorgänge sind wesentliche Aspekte der Teilefertigung im verarbeitenden Gewerbe. Eine der Haupttechniken für die Metallfertigung ist das Blechlaserschneiden. Es eignet sich zum Schneiden von Metall-, Legierungs- und Nichtmetallstücken.
Das Blechlaserschneiden ist ein thermisches Schneidverfahren, bei dem Lichtstrahlen (Laser) auf das Werkstück gerichtet werden, um Materialien zu schmelzen oder zu verdampfen, bis die gewünschte Form erreicht ist. Diese Technik ist eine der effektivsten zum Schneiden von Blechen.
Was ist Blech-Laserschneiden?
Subtraktive Fertigungsverfahren sind entscheidend für die Bearbeitung von Materialien zur Teilefertigung. Das Laserschneiden von Blechen ist eine der Standardmethoden zum Schneiden und Entfernen von Komponenten aus einem Werkstück. Die Technik beinhaltet das Ausschneiden von Materialstücken mittels Laserstrahlen.
Das Laserschneidverfahren basiert auf der CNC-Technologie (Computer Numerical Control), was seine tadellose Präzision erklärt. Vor dem CNC-Schneid- oder Laserschneidvorgang muss der Bediener Codes oder Programme mit Designs oder Mustern in den Computer eingegeben haben.
Der Prozess des Blech-Laserschneidens
Beim Laserschneiden von Metall werden Laserstrahlen verwendet, um Metalle und Legierungen zu schmelzen, wodurch glatte, scharfe Schnitte entstehen. Der Laserschneidprozess besteht aus zwei synchron ablaufenden Vorgängen.
Der erste beinhaltet das Absorbieren des fokussierten Laserstrahls durch das Material – die Energie, die den Schnitt verursacht. Der zweite beinhaltet die zum Laser konzentrische Schneiddüse, die das für den Prozess erforderliche Prozessgas liefert. Das Gas schützt den Bearbeitungskopf vor Dämpfen und Spritzern und hilft, Materialüberschüsse aus der Schnittfuge (Kerf) zu entfernen.
Es gibt im Wesentlichen drei Methoden zum Laserschneiden von Blechen.
1. Laserstrahlschmelzschneiden
Das Laserstrahlschmelzschneidverfahren verwendet ein Inertgas, meist Stickstoff. Das reaktionsarme Prozessgas verdampft kontinuierlich den Schneidspalt des Materials. Während das geschmolzene Material entfernt wird, verhindert das Inertgas die Oxidation an der Schnittkante, ohne den Prozess zu stören.
Dieses Laserschneidverfahren eignet sich zum Schneiden flacher, dünner Bleche aus Aluminiumlegierungen und Edelstahl, die eine hohe ästhetische Anziehungskraft und weniger Nachbearbeitung erfordern.
2. Laserstrahl-Sublimationsschneiden
Wie der Name schon sagt, verdampft das Laserstrahl-Sublimationsschneiden das Material. Anstatt das Material wie bei anderen Laserschneidprozessen zu schmelzen, wird es sofort vom festen in den gasförmigen Zustand versetzt – die Sublimation.
Wie beim Schmelzschneiden werden beim Laserstrahl-Sublimationsschneiden Inertgase verwendet, um den Materialdampf aus der Schnittfuge zu blasen. Es befinden sich also keine Oxidationsmittel an der Schnittkante. Es wird häufig zum Schneiden organischer Materialien wie Holz, Leder, Textilien usw. verwendet.
3. Laserstrahl-Brennschneiden
Das Laserstrahl-Brennschneiden verwendet ein brennbares Gas – Sauerstoff –, um das geschmolzene Material auszustoßen. Der Laser erhitzt das Werkstück und erzeugt nach dem Schmelzen des Materials eine spontane Verbrennung. Das Sauerstoffgas liefert durch Oxidation – eine exotherme Reaktion – zusätzliche Energie für den Schneidprozess.
Das Brennschneiden ist ideal zum Schneiden von Baustahl und schmelzbaren Materialien wie Keramik. Dieser Schneidvorgang kann Verbrennungen auf der Schnittfläche verursachen, da das Gas ein Oxidationsmittel ist. Eine ordnungsgemäße Optimierung der Prozessparameter hilft, die Bildung von Graten zu verhindern.
Lasertypen für das Blechschneiden
Hersteller verwenden in der Regel drei verschiedene Arten von Lasern zum Schneiden von Materialien. Jeder Lasertyp hat charakteristische Merkmale und eignet sich am besten zum Schneiden spezifischer Materialien. Nachfolgend finden Sie eine Übersicht über die drei Arten von Lasern zum Schneiden.
1. Faserlaser
Faserlaserschneidmaschinen verwenden Glasfasern zum Schneiden. Sie erzeugen eine sehr hohe Leistung für kraftvolle Präzisionsschnitte. Dieser Laser gehört zu einer Familie von Festkörperlasern, die von einem „Seed-Laser“ ausgehen und durch spezielle Glasfasern verstärkt werden.
Diese Laser eignen sich zum Schneiden fast aller Materialien, von Metallen über Legierungen bis hin zu Nichtmetallen wie Holz, Glas und Kunststoffen. Neben dem Schneiden sind sie ideal für andere Vorgänge wie Glühen und Gravieren.
Zudem sind sie die langlebigsten Laser mit einer verlängerten Lebensdauer von mehr als 25.000 Stunden und erfordern weniger Wartung.
2. CO2-Laser
CO2-Laser erzeugen Laserstrahlen, indem sie einen elektrischen Strom durch eine Röhre leiten, die mit einer Mischung aus Inertgasen, hauptsächlich Stickstoff und Helium, gefüllt ist. Sie sind die gängigsten Laserformen, da sie effizient und kostengünstig sind und verschiedene Arten von Materialien mit hoher Geschwindigkeit schneiden.
Sie erzeugen jedoch eine geringere Schneidleistung im Vergleich zu Faserlasern. Daher sind sie nicht die beste Wahl für das Laserschneiden von Blechen. Typischerweise bevorzugen Hersteller ihren Einsatz zum Schneiden von Nichtmetallen und organischen Materialien wie Holz, Papier, Acryl usw.
3. Kristalllaser (Nd:YAG oder Nd:YVO)
Kristalllaser erzeugen ihre Strahlen entweder aus Nd:YAG (Neodym-dotierter Yttrium-Aluminium-Granat) oder Nd:YVO (Neodym-dotierter Yttrium-Orthovanadat, YVO4) Kristallen. Letzteres ist jedoch gebräuchlicher.
Diese Kristalle erzeugen Strahlen mit hoher Schneidleistung. Sie sind jedoch teuer und nicht besonders langlebig, mit einer geringen Halbwertszeit von etwa 8.000 bis 15.000 Stunden. Sie werden häufig zum Schneiden von Kunststoffen, Metallen und Nichtmetallen, einschließlich Keramik, eingesetzt.
7 Vorteile des Blech-Laserschneidens
Lassen Sie uns die Vorteile des Laserschneidens von Blechen für den Fertigungssektor untersuchen.
1. Hohe Präzision und Genauigkeit
Laserschneiden ist aufgrund seiner extremen Präzision hervorragend für das Schneiden von Blechen geeignet. Die Maschinen sind in der Lage, komplizierte Schnitte mit extremer Präzision und Genauigkeit auszuführen. Industriell ist das Laserschneiden die bevorzugte Technik zum Schneiden von Blechen mit spezifischen Details, die enge Toleranzen erfordern.
Einige Schneider können präzise Schnitte mit einer Genauigkeit von bis zu 0,0005 Zoll ausführen. Dies ist der Grund, warum es in den meisten Fertigungsunternehmen ein fester Bestandteil geblieben ist. Da die Laser die Metallteile wegschmelzen, produzieren die Schneider wenig oder gar keinen Grat. Stattdessen hinterlassen sie eine saubere, glatte und scharfe Kante.
2. Automatisierter Prozess
Das Laserschneiden wird durch CNC-Systeme (Computer Numerical Control) gesteuert. Sobald der technische Bediener die Programme in den Computer eingegeben hat, läuft der Prozess unabhängig ab. Daher erfordert er weniger menschliches Eingreifen und insgesamt weniger Arbeit. Zudem gibt es bei erhöhter Schneideffizienz kaum Spielraum für Fehler.
3. Schadensprävention
Es gibt das Missverständnis, dass das Laserschneiden von Metall Verzug verursacht. Das ist jedoch nicht wahr. Die Hitze beim Laserschneiden betrifft nur kleinste Teile des Materials und beeinträchtigt die Toleranz nicht.
Darüber hinaus ist der Laserschneidprozess schnell; die Laser erhitzen und schmelzen die zu entfernenden Abschnitte weg. Daher beeinflusst die Hitze die anderen Teile des Materials nicht wesentlich. In den meisten Fällen kommt es zu keiner Verformung oder Verzug Ihrer Materialien.
4. Kompatibel mit den meisten Materialien
Ein weiterer entscheidender Vorteil dieser subtraktiven Fertigungsmethode ist ihre Fähigkeit, mit einer umfangreichen Palette von Materialien zu arbeiten. Sie schneidet mühelos durch jedes Material, egal ob Kupfer, Aluminium, Edelstahl oder sogar Titan. Schließlich werden dabei Laser mit sehr hohen Temperaturen verwendet, um das Material zu schmelzen.
5. Relativ geringe Kosten
In der Tat sind Laserschneidmaschinen teuer. Im Vergleich zu anderen CNC-Maschinen ist das Verfahren jedoch kosteneffizienter. Zudem ist es eine Maschine für alles – das heißt, eine einzige Laserschneidmaschine ist ideal für all Ihre Schneidvorgänge. Sie benötigen keine Maschinenmodifikation für unterschiedliche Schneidvorgänge.
Zusätzlich ist sie langlebig. Das Gerät kommt nicht mit den Materialien in Kontakt, die Sie schneiden, sodass es wenig bis gar keine Reibung oder Oberflächenverschleiß gibt. Außerdem hat sie nicht viele bewegliche Teile, was die Wartungs- und Serviceanforderungen verringert. Im Allgemeinen ergeben sich geringere Betriebskosten bei der Verwendung eines Laserschneiders im Vergleich zu anderen herkömmlichen Fertigungswerkzeugen.
6. Hohe Vielseitigkeit
Neben der Kompatibilität des Laserschneidens mit den meisten Materialien ist das Verfahren äußerst vielseitig. Im Gegensatz zu anderen Geräten können Sie einen Laserschneider für verschiedene Schneidfunktionen einsetzen, von einfachen bis hin zu komplexen Schnitten sowie solchen, die enge Toleranzen und komplizierte Designs erfordern. Diese Eigenschaft macht ihn zu einer exzellenten Wahl für die meisten Branchen.
7. Geringer Energieverbrauch
Zwar benötigen Laserschneider Strom, um Materialien während des Schneidens effektiv zu erhitzen und zu schmelzen, jedoch ist die Schneidtechnik energieeffizienter als andere Schneidmethoden.
Zudem hat sie im Gegensatz zu anderen Maschinen weniger bewegliche Teile, was einen geringeren Energiebedarf bedeutet. Auch die hohe Geschwindigkeit der Maschine sorgt für schnelles Schneiden, was Zeit und Energie spart.
Die Nachteile des Blech-Laserschneidens
Zu den Hauptnachteilen des Laserschneidens von Blechen gehören:
1. Erfordert technischen Bediener
Um eine Laserschneidmaschine effektiv zu bedienen, benötigen Sie einen Experten, der alle Funktionen versteht und ein Problem schnell erkennen kann, um rechtzeitig Korrekturen vorzunehmen. Wenn Sie das Gerät nicht korrekt einrichten, können Sie Ihre Materialien oder die Maschine selbst beschädigen. Wenn Sie also einen Laserschneidservice betreiben möchten, müssen Sie einen Fachmann einstellen.
2. Einschränkungen bei der Metalldicke
Laserschneider weisen eine hervorragende Kompatibilität mit den meisten Materialien auf, insbesondere mit Blechen. Bei der Arbeit mit dicken Metallen sollten Sie jedoch andere Schneidtechniken in Betracht ziehen. In den meisten Fertigungsindustrien schneiden Laserschneider Aluminiumbleche mit einer maximalen Dicke von 15 mm und 6 mm bei Stahl.
3. Freisetzung schädlicher Dämpfe und Gase
Wir haben festgestellt, dass Laserschneiden Hitze verwendet, um die Materialien zu schmelzen. Während die Maschine das jeweilige Material schmilzt, setzt sie schädliche Dämpfe und Gase in die Umwelt frei. Daher wird dringend empfohlen, diese Maschinen in einem gut belüfteten Raum zu verwenden.
4. Hohe Anfangsinvestition
Die Anschaffungskosten für einen hochwertigen Laserschneider sind hoch. Sie liegen fast doppelt so hoch wie bei anderen Schneidmaschinen, wie z. B. Wasserstrahlschneidern. Um ein Unternehmen mit einem Laserschneider zu führen, müssen Sie bereit sein, diese Vorabinvestition zu tätigen.
Artikelquelle: waykenrm.com
