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Laserschneiden

Basic Information

Name: Laserschneiden
Facility: Werkstatt und Versuchsfeld Zeuner-Bau (WV Zeu)
Partner: Technische Universität Dresden (TUD)

Description

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).

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, dass 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. Es wird je nach dem, ob der Werkstoff als Flüssigkeit, Oxidationsprodukt oder Dampf aus der Schnittfuge entfernt wird, in zwei folgende Varianten unterschieden.

Laserstrahlschmelzschneiden
Die Ausbildung der Schnittfuge geschieht beim Schmelzschneiden durch kontinuierliche Aufschmelzen und Ausblasen des Fugenwerkstoffs mit einem reaktionsträgen oder inerten Gas. Der Gasstrahl verhindert zusätzlich ein Oxidieren der Oberfläche. Aus Kostengründen wird vorwiegend Stickstoff, seltener Argon oder Helium verwendet. Die Gasdrücke erreichen hierbei bis zu 20 bar (Hochdruck-Inertgas-Schneiden). Die im Vergleich zu den anderen Verfahren relativ langsame Schnittgeschwindigkeit liegt im geringen Absorptionsgrad des Werkstoffs begründet. Dieses Verfahren kommt meist zum Einsatz, wenn oxidfreie Schnittfugen bei Edelstählen gefordert werden.

Laserstrahlbrennschneiden
Die häufigste Variante zum Schneiden von Eisenhaltigen Metallen ist das Brennschneiden. Ähnlich wie beim autogenen Brennschneiden wird der Werkstoff auf Entzündungstemperatur erwärmt und durch Zugabe von Sauerstoff verbrannt. Die beim Verbrennen frei gewordene Energie unterstützt den Schneidvorgang erheblich, womit gegenüber dem Schmelzschneiden ungefähr 5-10-fach höhere Schnittgeschwindigkeiten möglich sind. Das dabei entstehende Eisenoxid (Schlacke) wird vom Sauerstoffstrahl ausgeblasen. Bei einigen Nichteisenmetallen reicht die durch exotherme Reaktion eingebrachte Wärme nicht aus, um den Schneidvorgang wesentlich zu unterstützen. Dementsprechend können nur Werkstoffe bearbeitet werden, deren Zündtemperatur unterhalb der Schmelztemperatur liegt. Beim Laserstrahlbrennschneiden an den Schnittkanten verbleibende Oxidschichten können die Weiterverarbeitung (beispielsweise Schweißen) beeinträchtigen. Haupteinsatzgebiet ist die Verarbeitung unlegierten und niedriglegierten Stählen sowie in Einzelfällen Edelstähle. Als Strahlquelle finden sich hier meist CO2-Laser.

Link to Further Details

http://tu-dresden.de/die_tu_dresden/fakultaeten/fakultaet_maschinenwesen/lvvzeu/technik/laserschneiden

Points of Contact

Dipl.-Wirtsch.-Ing. (FH) Lars Gladrow
Email:
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+49 351 463-33709
Fax:
+49 351 463-36623

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Last updated at: 13 July 2017 at 11:54:16