Laserschneiden ist eine spezielle Schneidtechnik für das Durchtrennen von Festkörpern und gehört zu den thermischen Trennverfahren. Ein fokussierter, energieintensiver Laserstrahl schneidet verschiedene Metalle sowie andere Materialien hochpräzise, berührungslos, schnell und vermeidet Verunreinigungen. Damit gehört Laserschneiden von Metall zu einer der führenden Schneidtechnologien im Bereich der Metallbearbeitung und kommt branchenübergreifend breit zum Einsatz.
Was ist Laserschneiden von Metall und wie funktioniert das Verfahren?
Beim Laserschneiden trifft der Laserstrahl auf die Oberfläche des Werkstücks. Die hohe Energiedichte des Laserstrahls erhitzt das Material so stark, dass es an der Schnittkante schmilzt bzw. verdampft. Der eigentliche Schneidprozess beginnt, wenn der Laserstrahl das Werkstück an einer Stelle vollständig durchdrungen hat. Das Lasersystem folgt nun der vorgegebenen Teilekontur und trennt dabei das Material präzise. Die resultierenden Schnittkanten sind dank des fokussierten Laserstrahl fein, glatt und nahezu frei von Graten. Mithilfe moderner Lasertechnologie ist es möglich die Wärmeentwicklung beim Schneiden zu minimieren. Dies schont das durchtrennte Material und trägt zur hohen Qualität der Schnittkanten bei.
Je nach Anwendung kommt zusätzlich Schnittgas zum Einsatz, um den Schneidprozess zu optimieren. Das eingeblasene Schnittgas bläst das geschmolzene Material zuverlässig ab und reinigt damit die Schnittkante. Als Schnittgas kommen unter anderem Stickstoff oder Sauerstoff zum Einsatz.
Die erreichten hohen Schnittgeschwindigkeiten unter Einhaltung sehr guter Genauigkeiten machen Laserschneiden von Metall zu einer wirtschaftlichen und hochwertigen Schneidtechnik.
Welche maximalen Materialstärken sind beim Laserschneiden von Metall möglich?
Die Leistung eines Lasers muss für das Schneiden dickerer und härterer Materialien entsprechend stärker dimensioniert werden. Unterschiedliche Metalle haben sehr spezifische Eigenschaften, die ihre Schneidbarkeit stark beeinflussen. Auch die Art des Lasers hat Einfluss auf die Schneidbarkeit bestimmter Metalle. Schließlich können hochwertige Anforderungen an die Schnittqualität die maximal zulässige Materialstärke begrenzen.
Grundsätzlich sind der maximalen Materialstärke beim Laserschneiden von Metall kaum Grenzen gesetzt. Da für große Materialstärken jedoch ein sehr hohes Maß an elektrischer Energie erforderlich ist und das Vorhaben stets wirtschaftlich sein muss, spielen maximal erreichbare Stärken in der Praxis oft eine untergeordnete Rolle.
Die folgenden Angaben sind lediglich als grobe Richtwerte für maximal verarbeitbare Plattenstärken zu verstehen:
- Stahl etwa 40 mm
- Edelstahl circa 50 mm
- Aluminium bis 25 mm
Aluminium oder Kupfer sind im Vergleich zu Stahl technisch aufwändiger zu schneiden. Der Grund dafür ist, dass beim Laserschneiden von Aluminium bzw. Kupfer der Großteil der eingebrachten Strahlung zunächst reflektiert wird. Für das Einstechen und Durchdringen des Materials vor dem Schneidvorgang ist daher eine viel größere Leistung bzw. Leistungsflussdichte notwendig. Auch beim Schneidvorgang selbst ist im Vergleich zu Eisenwerkstoffen die Schneidleistung deutlich geringer. Ursache dafür sind die hohe Wärmeleitfähigkeit von Aluminium und Kupfer sowie das Fehlen einer unterstützenden Oxidation.
Für eine bestmögliche Aussagekraft ist bei der Angabe von Richtwerten empfehlenswert stets die maximale Materialdicke in Kombination mit der erreichbaren Schneidgeschwindigkeit zu ermitteln.
Welche Metalle können mit Laserschneiden präzise durchtrennt werden?
Mit Laserschneiden lässt sich eine Vielzahl von Metallen präzise und berührungsfrei durchtrennen. Um die gewünschte Präzision zu erreichen, muss dabei stets auf die richtige Kombination von Laser-Typ, Materialeigenschaften und Prozessparametern geachtet werden. Zu den lasergängigen Metallen gehören unter anderem:
Stähle und Stahllegierungen
- Edelstahl
- Baustahl
- Werkzeugstahl
- Einsatzstahl
- CNS-Legierungen
Buntmetalle
- Gold
- Silber
- Platin
Hochtemperaturlegierungen auf Basis von
- Iridium
- Rhodium
- Wolfram
Nichteisenmetalle
- Aluminium
- Magnesium
- Nickel
- Tantal
- Zinn
- Zink
- Titan
- Inconel (Nickelbasislegierungen)
Toleranzen und Schnittqualitäten beim Laserschneiden von Metall
Beim Laserschneiden von Metall beeinflussen mehrere Faktoren die Genauigkeit und die Schnittqualität. Neben dem Laserkopf und der Maschine sind dies Metallsorte, Metallstärke, Konturgröße, Ausformung des Werkstücks sowie Spannung in der Platte bzw. im Werkstück.
So bestimmt etwa die Präzision des Laserkopfes die Breite des Laserstrahls und damit die Breite der Schnittfuge im Metall. Hat ein Laserstrahl beispielsweise einen Durchmesser von ± 0,1 mm, so ist die entstehende Schnittfuge stets breiter. Die Maschine selbst bestimmt dagegen wesentlich die erreichbare Genauigkeit für die ausgeschnittene Kontur, wenn sie den Laserkopf über das Metall bewegt. Als Grundlage für den Bewegungsvektor dient die technische Zeichnung. Die Bewegungen können die Genauigkeit beeinträchtigen.
Je nach Metallsorte weist das Material unterschiedliche Wärme- und Ausdehnungskoeffizienten auf. Dies spielt deswegen eine Rolle, da ein Teil der Laserenergie vom Metall absorbiert wird und sich dabei in Wärmeenergie umwandelt. Das Metall kann sich demzufolge durch Erwärmung ausdehnen. Ist das Werkstück komplett ausgeschnitten und abgekühlt, so schrumpft es wieder. Dieser Effekt kann dazu führen, dass ein ausgeschnittenes Bauteil schlussendlich geringfügig kleiner ist als in der technischen Zeichnung definiert.
Häufig weisen zugeschnittene Metallbleche zudem eine gewisse Spannung in der Platte auf. Der Transport von Blechen ist in Form einer großen Rolle (englisch Coil) üblich. Die Bleche werden für die Verarbeitung abgerollt und flachgewalzt (englisch decoiling). Auch wenn nach dem Zuschneiden die Blechplatte flach ist, verbleibt eine gewisse Spannung im Material, die dazu tendiert, die Platte zu verziehen. Bedingt durch diese Spannung tritt vor allem beim Laserschneiden von langen bzw. dünnen Streifen dieser Verformungseffekt häufig auf. Dies wiederum wirkt sich negativ auf die Genauigkeit aus.
Im Bereich der Schnittkonturen gilt, dass die Wahrscheinlichkeit einer Abweichung mit der Größe der Kontur wächst. Denn je größer die Kontur, desto länger ist die vom Laser zurückgelegte Strecke und desto länger benötigt der Laser. Dies gilt sowohl für die Außenkonturen als auch für die in der Regel kleineren Innenkonturen. Zu letzteren gehören beispielsweise Löcher.
Zusätzlich hat die spezifische Form des Werkstücks ebenso Einfluss auf die Genauigkeit. Wird beispielsweise ein Blech mit dünnen Streifen geschnitten, so muss der Laser wegen der langen Außenkonturen eine lange Strecke zurücklegen. Die schmalen Streifen tendieren unter Spannung zu Verformung. Schmälere Streifen erwärmen sich schneller. Dies führt zu Ausdehnung beim Schneiden und beim Abkühlen zu Schrumpfung.
Nichtsdestotrotz ist Laserschneiden von Metall ein im Vergleich sehr genaues Verfahren der Materialbearbeitung. Für hochwertige Ergebnisse sind ein moderner und gewarteter Maschinenpark sowie ein Team mit viel Erfahrung und Know-how unverzichtbar.
Vorteile von Laserschneiden im Vergleich zu anderen Schneidverfahren
Laserschneiden von Metall überzeugt vor allem durch
- seine hohe Präzision,
- die hervorragende Schnittqualität,
- die hohe Geschwindigkeit,
- die große Vielfalt an bearbeitbaren Materialien und
- das breite Anwendungsspektrum.
Laserschneiden ist ein Verfahren, das jegliche Materialverunreinigung vermeidet. Der 2D-Komplexität der Schnittkonturen sind kaum Grenzen gesetzt.
Leistungen im Bereich Laserschneiden von Metall
3D Laserschneiden ist ein sehr effizientes Verfahren, um Metalle und andere Werkstoffe präzise und flexibel zu durchtrennen. Die automatisierte Führung und hohe Genauigkeit des Lasers ermöglichen eine hohe Prozessgeschwindigkeit und minimalen Verschnitt. Dies sorgt für hohe Wirtschaftlichkeit und geringe Kosten.
BLS Lasertechnology GmbH verfügt über mehr als 35 Jahre Erfahrung im Laserschneiden. Damit bietet BLS ihren Kunden Expertise auf hohem Niveau und umfängliches Know-how für hochwertige und zuverlässige Qualität. Speziell im Bereich komplexer Laserschnitte mit kritischen Toleranzen und im 3D Laserschneiden verfügt das Team von BLS über profundes Fachwissen.
