Was ist Laserschneiden und wie funktioniert es?

Laserschneiden (auch Laserstrahlschneiden) ist ein Trennverfahren, mit dem metallische und nichtmetallische Werkstoffe geschnitten werden können. Die Grundlage ist ein Laserstrahl, der geführt, geformt und gebündelt (fokussiert) wird. Trifft der Strahl auf das Werkstück, wird das Material so stark erhitzt, bis es schmilzt oder verdampft.

Die ganze Leistung des Lasers konzentriert sich dabei auf einen Punkt, den Fokus. Dieser hat einen Durchmesser von weit weniger als einem halben Millimeter. Der Fokusdurchmesser ist abhängig von der Wellenlänge der Laserstrahlung. Wird an dieser Stelle mehr Wärme eingekoppelt als durch Wärmeleitung abfließen kann, durchdringt der Laserstrahl das Material vollständig und der Schneidprozess beginnt.

Während bei anderen Verfahren große Werkzeuge mit erheblichen Kräften auf das zu trennende Material einwirken, verrichtet der Laserstrahl seine Arbeit vollständig berührungslos. Das Werkstück erfährt lediglich eine geringe thermische Belastung.

Historie des Lasers

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts legte Albert Einstein im Jahr 1917 mit seinen Forschungen des Phänomens der „stimulierten Emission“ den Grundstein der modernen Lasertechnologie. Die Technologie entwickelte sich ab 1960 weiter, als am Forschungsinstitut Hughes der erste Laser gebaut wurde.

Im Jahr 1963 wird am Forschungsinstitut AT&T Bell Labs ein CO2 Laser entwickelt, der effizienter und Kostengünstiger ist, als ein Rubinlaser, der zuvor entwickelt wurde. Zu Beginn des Jahres 1967 erfolgt die erste kommerzielle Anwendung des Laserschneidens, als Peter Houldcroft vom TWI (The Welding Institute) in Cambridge einen CO2-Laserstrahl (sauerstoffunterstützt) zum Durchtrennen eines 1mm dicken Stahlblechs einsetzt.

In den 70er Jahren des 20. Jahrhunderts werden durch kontinuierlichen Verbesserungen des CO2-Lasers sowie die Entwicklung neuer Lasertypen erste Anwendungen im Bereich der „Laserbearbeitung“ entwickelt. Dabei handelte es sich um Verfahren zum Schneiden und Schweißen von Metall in der Automobil- und Flugzeugindustrie. Die erste 2-Achsen-Laserschneidanlage wird 1975 von der Laser-Work A.G. entwickelt.

In den 1980er Jahren werden die Laser immer kostengünstiger und kompakter. Die Anwendungsmöglichkeiten werden vielfältiger. Vom Schneiden und Schweißen von Metall bis hin zur Bearbeitung organischer Materialien, wie Kunststoff, Kautschuk und Schaumstoff werden immer neue Verfahren entwickelt. Und die Entwicklung bleibt natürlich nicht stehen.

Die verschiedenen Typen des Lasers

Beim Laserschneiden werden verschiedene Laser eingesetzt, da die verschiedene Materialien Laserstrahlung unterschiedlicher Wellenlängen absorbieren.

1. Co2 Laser (Gaslaser)

Der CO2 Laser (oder auch Kohlendioxidlaser) ist ein Gaslaser und emittiert Strahlung im mittleren Infrarotbereich zwischen ~9µm bis ~11µm Wellenlänge. Er kann eine sehr hohe Ausgangsleistung von bis zu mehreren kW abgeben. Er hat einen für Gaslaser relativ hohen Wirkungsgrad von ca. 15%. Er ist relativ kostengünstig in der Anschaffung und findet besonders in der industriellen Metallbearbeitung seine Anwendung.

2. Nd:YAG Laser (Festkörperlaser)

Sollen Metall oder Metalllegierungen geschnitten werden und handelt es sich um Material mit geringer Stärke und feine Strukturen (Feinschneiden), wird bevorzugt ein Nd:YAG Laser (Festkörperlaser) eingesetzt (Wellenlänge 1064nm). So lässt sich ein kleinerer Brennpunkt realisieren, der Schneidspalt ist schmaler. Stahl, Edelstahl und Aluminium größerer Materialstärken wird mit wiederum mit CO2 Lasern mit Leistungen von einem bis mehrere kW geschnitten.

3.) UKP Laser

Relativ neu sind Ultrakurzpuls-(UKP)-Laser. Sie haben Pulsdauern im Piko- oder Femtosekundenbereich. Derart kurze Laserpulse haben in der Materialbearbeitung enorme Vorteile. Der ultrakurze intensive Lichteintrag verdampft getroffenes Material punktuell, was zu hochpräzisen Strukturen und Schnittkanten führt. Weiterhin wird die Temperaturbelastung des Materials minimiert, so das damit z.B. auch Glas geschnitten werden kann.

Die verschiedenen Verfahren des Laserschneidens

Die verschiedenen Verfahren des Laserschneidens sind Laserstrahlschmelzschneiden, Laserstrahlsublimierschneiden und Laserstrahlbrennschneiden. Diese Unterscheidung kommt durch die Art zustande, wie das Material aus der Schneidfugen ausgetrieben wird. Flüssig beim Laserstrahlschmelzschneiden, als Verdampfungsprodukt beim Laserstrahlsublimierschneiden (Pyrolyse) oder Laserstrahlbrennschneiden als Oxid (Eisenoxid, Schlacke).

Vor- und Nachteile des Laserschneidens

Vorteile Laserschneiden

• Die Wärmeeinflusszone ist auf Grund der Fokussierbarkeit des Lasers und der geringen Einwirkzeit äußerst gering ( µm-Bereich ).
• Die Schnittkante ist in der Regel so sauber, dass auf aufwendige Nachbearbeitungsschritte verzichtet werden kann.
• Die Schnittbreite und Schnittgeschwindigkeit sind äußerst attraktiv.
• Da der Laserstrahl nicht "stumpf" werden kann, ist die Prozesssicherheit im höchsten Maße gesichert.
• Die Flexibilität ist unübertroffen gut - mittels eines CAD-Systems ist jede neue Kontur binnen Minuten neu definiert.

Wie genau ist Laserschneiden?

Die erreichbare Genauigkeit des Laserschneidens hängt von vielen verschieden Faktoren ab und nicht zuletzt von dem verwendeten Laser und dem oben genannten Schneidverfahren.

Sind beim Schneiden von Stahl und Edelstahl mit mehreren mm Materialstärke mit einem leistungsstarken Co2 Laser mit mehreren kw Leistung +/-0,1mm (Schnittspalt ca. 1mm) erreichbar, so liegt das max. Mögliche beim Einsatz eines Festkörperlasers und Feinblech mit einer Stärke <0,5mm sehr weit darunter.

So erreichen wir zum Beispiel beim Schneiden von Edelstahl mit einer Stärke von 0,1mm +-0,02mm und eine minimale Schnittbreite von ca. 0,03mm.

Was kostet Laserschneiden

Die Kosten für das von Materialien Schneiden mit dem Laser lassen sich schwer verallgemeinern, da sie sich aus vielen Faktoren zusammensetzen. Das sind nicht nur die Grundkosten der Maschine und das Material, vielmehr werden zum Laserschneiden auch Zusatzstoffe (z.B. Schneidgase wie Sauerstoff oder Stickstoff), Personal- und Energiekosten.

Es lässt sich daher an dieser Stelle kein Preis nennen, bitte senden Sie uns eine Anfrage und wir werden Ihnen so schnell wie möglich ein verbindliches Angebot unterbreiten. Da gewisse Kosten aber immer anfallen, haben wir uns vor einiger Zeit dazu entschieden, einen Mindestauftragswert einzuführen. Dafür bitten wir um Verständnis.

Welche Materialien schneidet Lasercut24 mit dem Laser?

Eine Aufstellung der Materialien, die wir mit dem Laser schneiden, finden Sie auf folgenden Seiten. Dort sind auch die Materialstärken aufgeführt, die wir für Sie bearbeiten können. Die Aufstellung erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit und wird stetig erweitert. Es lohnt sich also, des Öfteren mal hereinzuschauen. Oder Sie kontaktieren uns einfach, damit wir Ihr persönliches Anliegen erörtern können.

Wir freuen uns schon jetzt auf Ihre Anfragen!