Laserschneiden einfach und praxisnah erklärt
Praxisnahes Fachwissen über die Funktion, Technologie und Anwendungsbeispiele des Laserschneidens.
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Laserschneiden - Wie funktioniert diese Technik?
Sie haben Fragen zum Laserschneiden? Sie möchten wissen wie diese Technik funktioniert oder welche Werkstoffe geschnitten werden können? Dann informieren Sie sich anhand von leicht verständlichen Fachwissen in Wort und Bild und erfahren Sie, warum der Laser ein unverzichtbares Werkzeug in der Blechbearbeitung ist.
Die wichtigsten Lasertypen und ihr technischer Aufbau
Ein Laser ist eine Lichtquelle, die stark gebündeltes, monochromatisches und kohärentes Licht erzeugt. Der Aufbau besteht aus einem aktiven Medium, einer Pumpe und dem optischen Resonator. Die Pumpe regt das aktive Medium energetisch an und erzeugt so die Besetzungsinversion, die für die Lichtverstärkung notwendig ist. Der Resonator mit zwei Spiegeln verstärkt das Licht, wobei ein teildurchlässiger Spiegel den Laserstrahl austreten lässt. Nach Art des aktiven Mediums unterscheidet zwischen Festkörper-, Gas-, Halbleiter-, Flüssigkeits- und Faserlaser. Festkörperlaser verwenden als Medium Kristalle und werden häufig in der Industrie eingesetzt. Gaslaser wie CO₂-Laser, zeichnen sich durch eine sehr stabile Wellenlänge aus. Halbleiterlaser sind klein, effizient und finden sich in vielen Alltagsgeräten wie Laserpointern oder CD-Playern. Flüssigkeitslaser nutzen Farbstoffe und erlauben eine variable Wellenlänge, während Faserlaser eine besonders hohe Strahlqualität besitzen.
| Lasertyp | Aktives Medium | Eigenschaften | Anwendungen |
|---|---|---|---|
| Festkörperlaser | Fester Kristall oder Glas | hohe Leistung, oft gepulst, robust | Industrie, Medizin, Materialbearbeitung |
| Faserlaser | Dotierte Glasfaser | sehr gute Strahlqualität, hoher Wirkungsgrad | Industrie, Medizintechnik, Materialbearbeitung |
| Gaslaser | Gas oder Gasgemisch | stabile Wellenlänge, Dauerbetrieb möglich | Vermessung, Forschung, Materialbearbeitung |
| Halbleiterlaser | Halbleiter (pn-Übergang) | klein, effizient, kostengünstig | Laserpointer, CD/DVD, Glasfasertechnik |
| Flüssigkeitslaser | Flüssiger Farbstoff | variable Wellenlänge, aufwendig | Spektroskopie, Forschung |
Definition des Laserschneidens
Laserschneiden gehört zu der Gruppe der Trennverfahren und ermöglicht eine berührungslose Bearbeitung fast aller Werkstoffgruppen. Die hohe Energiedichte des Laserstrahls führt dazu, dass das Material lokal aufgeschmolzen oder verdampft wird. Ein zusätzlich eingesetztes Prozessgas unterstützt dabei den Schneidvorgang, indem es die Schmelze aus der Schnittfuge entfernt und gleichzeitig die Schnittqualität beeinflusst. Es ist für die Bearbeitung einer Vielzahl von Werkstoffen geeignet abhängig von Material, Laserleistung und Schneidstrategie können sowohl dünne als auch dicke Bleche sicher bearbeitet werden, weshalb es eines der wichtigsten Verfahren der Blechbearbeitung ist.
Funktionsweise der Laserschneidtechnik
Beim Laserschneiden wird ein hochenergetischer Laserstrahl mithilfe eines optischen Systems gebündelt und auf eine sehr kleine Fläche des Werkstücks fokussiert. Dadurch entsteht eine extrem hohe Energiedichte, die das Material lokal stark erhitzt. Je nach Werkstoff und eingestellten Prozessparametern schmilzt oder verdampft das Material an der Schnittstelle. Der Laserstrahl wird dabei automatisiert entlang der vorgegebenen Kontur über das Werkstück geführt, wodurch präzise und reproduzierbare Schnitte entstehen. Zusätzlich wird ein Schneidgas in die Schnittfuge mit eingebracht, welches die geschmolzene oder verdampfte Materialmasse aus der Schnittfuge bläst und zusätzlich den Schneidbereich kühlt. Für Metalle wird meist Sauerstoff verwendet, der durch eine exotherme Reaktion den Schneidprozess unterstützt, während Stickstoff vor allem für oxidfreie Schnittkanten eingesetzt wird. Infos zu weiteren Verfahren wie Abkanten, Rundbiegen oder Stanzen finden Sie hier.
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Die Verfahren des Laserschneidens in der Übersicht
Je nach dem Material, Anwendung und der Wirkungsweise der eigesetzten Laser wird das Laserschneiden in verschiedene Verfahren unterteilt. Beim Schmelzschneiden wird das Material durch den Laser aufgeschmolzen und mit einem inerten Schneidgas wie Stickstoff aus der Schnittfuge ausgeblasen. Brennschneiden nutzt zusätzlich Sauerstoff, der eine chemische Reaktion auslöst und den Schneidprozess unterstützt, was besonders bei unlegierten Stählen eingesetzt wird. Beim Sublimationsschneiden verdampft das Material direkt, ohne zu schmelzen, wodurch sehr feine und präzise Schnitte entstehen. Alle Verfahren ermöglichen eine präzise, berührungslose und flexible Laser-Blechbearbeitung.
Wichtige Schneidparameter beim Laserschneiden
Beim Laserschneiden beeinflussen mehrere Schneidparameter die Qualität und Wirtschaftlichkeit des Prozesses. Eine zentrale Rolle spielt dabei die Laserleistung, die bestimmt, wie viel Energie in den Werkstoff eingebracht wird. Die Schnittgeschwindigkeit muss an die Materialeigenschaften angepasst sein und der Fokusdurchmesser und die Fokuslage beeinflussen die gewünschte Schnittfugenbreite und Kantenqualität. Das eingesetzte Schneidgas sowie dessen Druck wirken sich auf die Entfernung der Schmelze und die Oxidation der Schnittkante aus.
| Werkstoff | Schneidgas | Laserleistung | Schnittgeschwindigkeit | max. Blechdicke |
|---|---|---|---|---|
| Baustahl | Sauerstoff (O₂) | mittel | hoch | bis ca. 30 mm |
| Edelstahl | Stickstoff (N₂) | hoch | mittel | bis ca. 25 mm |
| Aluminium | Stickstoff (N₂) | sehr hoch | niedrig-mittel | bis ca. 20 mm |
| Kupfer | Stickstoff (N₂) | sehr hoch | niedrig | bis ca. 10 mm |
| Messing | Stickstoff (N₂) | hoch | niedrig | bis ca. 12 mm |
| Titan | Stickstoff (N₂) | hoch | mittel | bis ca. 15 mm |
Aufbau einer Laserschneidanlage
Laserschneidanlagen bestehen aus mehreren aufeinander abgestimmten Baugruppen, die gemeinsam einen hochpräzisen und vollautomatisierten Schneidprozess ermöglichen. Alle Laserschneidsysteme verfügen meist über eine modulare Bauweise und können jederzeit mit Zusatzmodulen schnell und einfach nachgerüstet werden. Zentrales Element ist die Laserquelle, die je nach Anlagentyp als CO₂-Laser, Festkörper- oder Faserlaser ausgeführt ist. Sie erzeugt den hochenergetischen Laserstrahl, der über Lichtleiter oder Spiegel zum Schneidkopf geführt wird. Der Schneidkopf enthält optische Komponenten wie Kollimator- und Fokuslinse, mit denen der Laserstrahl gebündelt und exakt auf die Werkstückoberfläche fokussiert wird. Zusätzlich ist im Schneidkopf eine Düse integriert, über die das Schneidgas in die Schnittfuge geleitet wird. Dieses Gas entfernt die Schmelze und beeinflusst die Schnittqualität. Die Maschinenmechanik besteht aus einem CNC-gesteuerten Achssystem, das den Schneidkopf oder das Werkstück präzise in mehrere Richtungen bewegt. Dadurch lassen sich komplexe Konturen und hohe Wiederholgenauigkeit realisieren. Ergänzt wird die Anlage durch einen Arbeitstisch, häufig mit Wechseltischen zur Steigerung der Produktivität. Eine CNC-Steuerung koordiniert alle Bewegungen, Laserparameter und Prozessgase. Zusätzliche Systeme wie Absaugungen, Kühleinheiten und Sicherheitseinrichtungen sorgen für einen zuverlässigen, effizienten und sicheren Betrieb der Laserschneidanlage.
Die Vorteile des Laserschneidens
Laserschneiden bietet umfangreiche Vorteile und zählt zu den wichtigsten Schneidverfahren in der modernen Materialbearbeitung. Durch die berührungslose Bearbeitung wirken keine mechanischen Kräfte auf das Werkstück, wodurch Verformungen und Beschädigungen weitgehend vermieden werden. Der fokussierte Laserstrahl ermöglicht eine hohe Maß- und Wiederholgenauigkeit sowie schmale Schnittfugen, selbst bei komplexen oder filigranen Konturen. Ein weiterer Vorteil ist die große Materialvielfalt, da Metalle, Kunststoffe, Holz, oder Papier präzise geschnitten werden können. Die geringe Wärmeeinflusszone reduziert thermische Spannungen und verbessert die Schnittqualität. Zudem lassen sich hohe Schnittgeschwindigkeiten realisieren, was kurze Bearbeitungszeiten und eine hohe Produktivität ermöglicht.
Fertigungsbeispiele zum Laserschneiden
Laserschneiden findet in zahlreichen industriellen und technischen Bereichen Anwendung, da es eine präzise, flexible und effiziente Bearbeitung von Werkstoffen ermöglicht. Besonders im Maschinen- und Anlagenbau wird es zur Herstellung von Blechteilen, Gehäusen, Abdeckungen und Funktionselementen eingesetzt. In der Feinblechbearbeitung können komplexe Konturen und filigrane Konturen mit sehr hoher Maßgenauigkeit ausgelasert werden. Auch in der Automobilindustrie spielt der Laser eine wichtige Rolle, beispielsweise bei der Produktion von Karosseriebauteilen, Halterungen oder Strukturkomponenten. In der Medizintechnik wird das Verfahren zur Herstellung präziser Implantate, Instrumente und mikrofeiner Bauteile genutzt. Darüber hinaus wird es Anwendung in der Elektronik zur Fertigung von Leiterplatten, Gehäusen oder Kontakten genutzt.
Laserschneiden im Vergleich zu anderen Verfahren
Die Frage nach dem idealen Trennverfahren ist von verschiedenen Faktoren abhängig, da je nach Schneidaufgabe eine bestimmte Technologie am sinnvollsten ist. So sind das Material und die individuellen Rahmenbedingungen wichtige Fertigungsparameter für die Wahl des optimalen Schneidverfahrens.
| Merkmal | Laserschneiden | Wasserstrahlschneiden | Plasmaschneiden | Brennschneiden |
|---|---|---|---|---|
| Trennprinzip | thermisch, Laserstrahl | mechanisch/abrasiv | thermisch, Plasma-Lichtbogen | thermisch, Sauerstoffreaktion |
| Berührungslos | ja | ja | ja | ja |
| Kantenqualität | sehr hoch | hoch | mittel | gering–mittel |
| Maßgenauigkeit | ± 0,05 – 0,1 mm | ± 0,1 – 0,2 mm | ± 0,5 – 1,0 mm | ± 1,0 – 2,0 mm |
| Schnittfugenbreite | schmal (0,1 – 0,5 mm) | mittel (0,8 – 1,2 mm) | breit (2,0 – 4,0 mm) | sehr breit (3,0 – 5,0 mm) |
| Wärmeeinflusszone | gering | keine | groß | sehr groß |
| Schnittgeschwindigkeit | sehr hoch | hoch | hoch | niedrig |
| Nachbearbeitung | kaum nötig | gering | oft nötig | oft nötig |
| Geeignete Werkstoffe | Metalle, Kunststoffe, Glas, Holz, Papier | alle Materialien, ausser Diamant | alle leitfähigen Metalle | alle unlegierte Stähle |
Fragen zum Thema „Laserschneiden“
Was ist Laserschneiden?
Laserschneiden ist ein berührungsloses, thermisches Trennverfahren, bei dem ein fokussierter Laserstrahl Werkstoffe präzise entlang einer definierten Kontur trennt.
Laser steht für „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation“ (auf Deutsch “Lichtverstärkung durch stimulierte Emission”) und bezeichnet ein Gerät, welches mittels einer optischen Verstärkung ein kohärentes Licht erzeugt. Die einzelnen Systeme sind alle mit den gleichen Grundkomponenten ausgerüstet und in verschiedenen Ausführungen als Gaslaser, Faserlaser, Festkörperlaser, Farbstofflaser, Diodenlaser oder Excimerlase erhältlich.
Alle Systeme der Lasertechnik sind mit einer Pumpquelle, Lasermedium und Resonator ausgerüstet und beruhen auf der gleichen Funktionsweise. Dabei wird eine externe Energie über die Pumpquelle dem Lasermedium zugeführt und in Strahlung umgewandelt. Die Wellenlänge des Laserstrahls und Leistungsdichte des Lasers sind dabei vom Resonator im Innern des Lasers abhängig, welcher die erzeugte Strahlung verstärkt und über einen halbdurchlässigen Spiegel als gebündelten Laserstrahl abgibt.
Zum Laserschneiden werden meist Sauerstoff, Stickstoff oder Druckluft verwendet. Die Wahl ist dabei abhängig vom Material und der gewünschten Schnittqualität.
Ein Laser-Cut bezeichnet das Trennen von Werkstoffen mit einem gepulsten oder kontinuierlichen Laserstrahl durch Materialerhitzung. Dabei wird die gesamte Laserleistung auf einen Punkt fokussiert und so das Material aufgrund der hohen Wärmeentwicklung punktgenau zum schmelzen oder verdampfen gebracht, weshalb man auch zwischen Schmelzschneiden, Brennschneiden und Sublimierschneiden unterscheidet.
Laserschneiden ist ein berührungsloses Trennverfahren für metallische und nichtmetallische Materialien. Ob Metall, Kunststoffe, Glas, Keramik, Holz oder Papier – Der Laser bietet eine umfangreiche Materialvielfalt und schneidet plattenförmige oder dreidimensionale Werkstoffe ohne Krafteinwirkung und toleranzgenau ohne mechanische Nachbearbeitung.
Laserschneiden ist eine Basistechnolgie für zahlreiche Anwendungen und ermöglicht das präzise und wirtschaftliche Trennen von metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen. Gerade im Dünnblechbereich ist dieses innovative Verfahren aufgrund der hohen Schnittgeschwindigkeiten und erreichbaren Konturgenauigkeiten die optimale Fertigungslösung. Dabei ermöglicht der Laser neben dem klassischen Schneiden auch das Schweißen, Bohren und Gravieren, weshalb Laserschneiden eine große Anwendungsvielfalt bietet. Auch ist die Laserbearbeitung an Wirtschaftlichkeit kaum zu überbieten, da aufgrund der hohen Präzision eine mechanische Nachbearbeitung und verschleißkosten für Werkzeuge entfallen.
Hohe Anschaffungskosten und begrenzte Eignung für sehr dicke oder stark reflektierende Materialien.
Laserschneiden ist eine wichtige Technologie in der allgemeinen Fertigungsindustrie und wird zum Trennen der unterschiedlichsten Materialien verwendet. Gerade wenn höchste Präzision und schnelle Fertigungszeiten gefordert sind, ist Laserschneiden die optimale Lösung. Typische Anwendungsbereiche sind der Maschinenbau, Fahrzeugindustrie, Werbetechnik, Luft- und Raumfahrt oder die Verpackungsindustrie.
Je nach technischer Ausstattung, Größe und Leistung kostet eine Laserschneidmaschine zwischen 70.000 und 300.000 Euro.
Durch Laserschneiden können schmale Schnittbreiten von 1,0 mm und Genauigkeiten von +/- 0.1 mm/m erreicht werden. In der Mikrobearbeitung dagegen kommen meist Festkörperlaser zum Einsatz, welche Feinschnitte mit Breiten bis zu 20 µm Breite ermöglichen. Dabei gilt: Werkstoff, Teilegeometrie und das eingesetzte Verfahren sind wichtige Faktoren für die erzielbaren Toleranzen.
Die Laserleistung, Fokuslage, Schnittgeschwindigkeit, Schneidgas und Materialeigenschaften beeinflussen die Schnittqualität beim Laserschneiden.
Laserschneiden ist präziser und erzeugt sauberere Schnittkanten, während Plasmaschneiden günstiger und für dicke Bleche geeignet ist.
Die Kosten beim Laserschneiden sind von verschiedenen Faktoren abhängig und variieren je nach Fertigungsauftrag. Dabei sind das Material, Materialstärken, Komplexität des Schnittes und die gewünschten Genauigkeiten wichtige Fertigungsmerkmale, welche die Kosten beeinflussen. Auch sollten die Maschinenlaufzeit und Einrichtungszeit beachtet werden, um die Gesamtkosten beim Laserschneiden bestimmen zu können, welche im Schnit bei ca. 60 bis 70 € pro Stunde liegen. Über spezialisierte Online-Plattformen wie blechbearbeitung-online.de können mehrere Angebote verglichen werden, um den passenden Anbieter zu finden.
Bleche können über spezialisierte Online-Plattformen wie Blechbearbeitung OnLine per Laserschneiden gefertigt werden. Einkäufer laden technische Zeichnungen hoch und erhalten Angebote von Anbietern, die auf präzise und wirtschaftliche Laserschneidprozesse spezialisiert sind.
Für die Anfrage werden CAD-Dateien oder technische Zeichnungen wie DXF, STEP oder PDF hochgeladen. Wichtig sind Angaben zu Material, Blechdicke und Kontur. Auf dieser Basis erstellen geeignete Anbieter individuelle Angebote für das Laserschneiden der Bauteile.
Die Fertigungszeit beim Laserschneiden ist in der Regel kurz, da der Prozess stark automatisiert ist. Einfache Bauteile können oft schnell produziert werden, während größere Stückzahlen oder anspruchsvollere Materialien mehr Zeit in Anspruch nehmen können.
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