Drei Haupttypen von Lasern zum Schneiden

Laserschneiden gibt es seit den 60er Jahren, aber heute ist es aufgrund seiner zunehmenden Verwendung in industriellen Prozessen so relevant wie nie zuvor. Dieser berührungslose Prozess verwendet einen konstanten Lichtstrahl, um Wärme und Druck zu erzeugen, der dann verschiedene Materialien mit Präzision umformt/verzerrt, während sich der Schneidkopf über die Materialoberfläche bewegt. Die Lasertechnologie erfüllt eine Vielzahl von Funktionen, einschließlich Schneiden, Bohren und Gravieren, abhängig von der Stärke des Lasers, dem Hauptkomponentenmaterial, aus dem der Laserstrahl erzeugt wird, und dem Material, auf das er einwirkt. Das Laserschneiden ist einer der wichtigsten Prozesse zur Herstellung von Blechteilen.

Jeder Laser bietet eine kontinuierliche Wellenlänge und kann einer Reihe von Zwecken dienen. Es gibt 3 Arten von Lasern:CO2 (Gaslaser), Faserlaser und Nd:YAG oder Nd:YVO (Vanadat-Kristalllaser). Jeder verwendet ein anderes Basismaterial, um den Laser entweder elektrisch mit einem Gasgemisch anzuregen oder durch physikalische Dioden zu leiten.

Laserarten zum Schneiden

CO2-Laser

Ein CO2-Laser leitet Strom durch eine mit einem Gasgemisch gefüllte Röhre und erzeugt Lichtstrahlen. Die Rohre enthalten Spiegel an jedem Ende. Einer der Spiegel ist vollständig reflektierend und der andere teilweise und lässt einen Teil des Lichts durch. Das Gasgemisch besteht üblicherweise aus Kohlendioxid, Stickstoff, Wasserstoff und Helium. CO2-Laser erzeugen unsichtbares Licht im fernen Infrarotbereich des Lichtspektrums.

Die leistungsstärksten CO2-Laser reichen für Industriemaschinen bis zu mehreren Kilowatt, aber das ist bei weitem die Ausnahme. Typische Bearbeitungs-CO2-Laser haben eine Leistung von 25 bis 100 Watt bei einer Wellenlänge von 10,6 Mikrometern.

Dieser Lasertyp wird am häufigsten für die Bearbeitung von Holz oder Papier (und deren Derivaten), Polymethylmethacrylat und anderen Acrylkunststoffen verwendet. Es ist auch nützlich für die Arbeit mit Leder, Stoff, Tapeten und ähnlichen Produkten. Es wurde auch bei der Verarbeitung von Lebensmitteln wie Käse, Kastanien und verschiedenen Pflanzen angewendet.

CO2-Laser eignen sich im Allgemeinen am besten für nichtmetallische Materialien, obwohl es bestimmte Metalle gibt, die sie verarbeiten können. Es kann im Allgemeinen dünne Bleche aus Aluminium und anderen Nichteisenmetallen schneiden. Man kann die Leistung des CO2-Strahls erhöhen, indem man den Sauerstoffgehalt erhöht, jedoch kann dies in unerfahrenen Händen oder mit einer für solche Verbesserungen ungeeigneten Maschine riskant sein.

Faserlaser

Diese Maschinenklasse gehört zur Gruppe der Festkörperlaser und verwendet den Seedlaser. Sie verstärken den Strahl mit speziell entwickelten Glasfasern, die Energie von Pumpdioden ableiten. Ihre allgemeine Wellenlänge beträgt 1,064 Mikrometer, was einen extrem kleinen Fokusdurchmesser erzeugt. Sie sind in der Regel auch die teuersten der verschiedenen Laserschneidgeräte.

Faserlaser sind in der Regel wartungsfrei und zeichnen sich durch eine lange Lebensdauer von mindestens 25.000 Laserstunden aus. Daher haben Faserlaser eine weitaus längere Lebensdauer als die beiden anderen Typen und können starke und stabile Strahlen erzeugen. Sie können Intensitäten bewältigen, die 100-mal höher sind als die von CO2-Lasern mit der gleichen Durchschnittsleistung. Faserlaser können im kontinuierlichen Strahl arbeiten, quasi- oder gepulste Einstellungen bieten, die ihnen unterschiedliche Funktionalitäten verleihen. Eine Unterart von Faserlasersystemen ist das MOPA, bei dem die Impulsdauer einstellbar ist. Dies macht den MOPA-Laser zu einem der flexibelsten Laser, der für vielfältige Anwendungen eingesetzt werden kann.

Faserlaser eignen sich optimal für die Metallbeschriftung durch Glühen, Metallgravur und Beschriftung von Thermoplasten. Es funktioniert mit Metallen, Legierungen und Nichtmetallen gleichermaßen, sogar mit Glas, Holz und Kunststoff. Faserlaser können je nach Leistung sehr vielseitig sein und eine Menge verschiedener Materialien verarbeiten. Beim Arbeiten mit dünnen Materialien sind Faserlaser die ideale Lösung. Dies gilt jedoch weniger für Materialien über 20 mm, obwohl eine teurere Faserlasermaschine, die mit über 6 kW arbeiten kann, ausreichen könnte.

Nd:YAG/Nd:YVO-Laser

Kristalllaser-Schneidprozesse können in nd:YAG sein (Neodym-dotierter Yttrium-Aluminium-Granat), aber häufiger verwenden sie nd:YVO (Neodym-dotiertes Yttrium-Ortho-Vanadat, YVO4) Kristalle. Diese Geräte ermöglichen eine extrem hohe Schneidleistung. Der Nachteil dieser Maschinen ist, dass sie teuer sein können, nicht nur wegen ihres Anschaffungspreises, sondern auch, weil sie eine Lebenserwartung von 8.000 bis 15.000 Stunden haben (wobei Nd:YVO4 typischerweise niedriger ist) und die Pumpdioden a sehr stolzer Preis.

Diese Laser bieten eine Wellenlänge von 1,064 Mikrometern und eignen sich für eine Vielzahl von Anwendungen, von Medizin und Zahnmedizin bis hin zu Militär und Fertigung. Beim Vergleich der beiden zeigt Nd:YVO eine höhere Pumpabsorption und Verstärkung, eine breitere Bandbreite, einen breiteren Wellenlängenbereich zum Pumpen, eine kürzere Lebensdauer des oberen Zustands, einen höheren Brechungsindex und eine geringere Wärmeleitfähigkeit. Wenn es um den Dauerbetrieb geht, hat Nd:YVO in Fällen mit mittlerer oder hoher Leistung ein insgesamt ähnliches Leistungsniveau wie Nd:YAG. Nd:YVO lässt jedoch keine so hohen Impulsenergien wie Nd:YAG zu und die Lebensdauer des Lasers ist kürzer.

Diese können sowohl mit Metallen (beschichtet und unbeschichtet) als auch mit Nichtmetallen, einschließlich Kunststoffen, verwendet werden. Unter Umständen kann er sogar ein paar Keramiken verarbeiten. Der Nd:YVO4-Kristall wurde mit Kristallen mit hohem NLO-Koeffizienten (LBO, BBO oder KTP) kombiniert, um die Frequenz des Ausgangs vom nahen Infrarot zu Grün, Blau oder sogar UV zu verschieben, was ihm eine Menge unterschiedlicher Funktionen verleiht. P>

Aufgrund der ähnlichen Größen können Yttrium-, Gadolinium- oder Lutetium-Ionen durch laseraktive Seltenerd-Ionen ersetzt werden, ohne die zur Strahlerzeugung benötigte Gitterstruktur stark zu beeinflussen. Dadurch bleibt die hohe Wärmeleitfähigkeit der dotierten Materialien erhalten.