Ein Leitfaden zu den Grundlagen des Laserschneidens

Definition

Beim Laserschneiden wird ein Laserstrahl hoher Leistungsdichte verwendet, um das zu schneidende Material zu bestrahlen, so dass das Material schnell auf die Verdampfungstemperatur erhitzt wird und zu einem Loch verdampft. Während der Strahl das Material bewegt, bildet das Loch kontinuierlich einen schmalen Schlitz, um den Materialschnitt abzuschließen.

Prinzip

Der Laser nutzt eine Stoffanregung, um Licht zu erzeugen. Dieses Licht hat eine starke Temperatur. Bei Kontakt mit dem Material kann es schnell auf der Materialoberfläche schmelzen und ein Loch bilden. Entsprechend der Bewegung des Registrierungspunktes wird der Schnitt gebildet. Im Vergleich zum traditionellen Schneideverfahren hat das Schneideverfahren einen kleineren Spalt und kann den größten Teil des Materials einsparen. Die Analyse ist jedoch nach der Schneidwirkung definiert. Das lasergeschnittene Material hat eine zufriedenstellende Schneidwirkung und eine hohe Genauigkeit. Dies wird geerbt Zusätzlich zu den Vorteilen des Lasers ist es auch von herkömmlichen Schneidmethoden unerreicht.

Beim Laserschneiden wird ein fokussierter Laserstrahl hoher Leistungsdichte verwendet, um das Werkstück zu bestrahlen, so dass das bestrahlte Material schnell schmilzt, verdampft, abträgt oder den Zündpunkt erreicht und gleichzeitig das geschmolzene Material durch die hoch Geschwindigkeit des Luftstroms koaxial zum Strahl, wodurch das Werkstück aufgeschnitten wird. Laserschneiden ist eine der thermischen Schneidmethoden.

Typen

Laserschneiden kann in vier Kategorien unterteilt werden:Laserverdampfungsschneiden, Laserschmelzschneiden, Lasersauerstoffschneiden, Laserritzen und kontrollierter Bruch.

1. Laserverdampfungsschneiden

Wird das Werkstück mit einem hochenergetischen Laserstrahl erhitzt, steigt die Temperatur schnell an, erreicht in kürzester Zeit den Siedepunkt des Materials und das Material beginnt zu verdampfen, um Dampf zu bilden. Die Ausstoßgeschwindigkeit dieser Dämpfe ist sehr groß, und gleichzeitig mit dem Ausstoß der Dämpfe wird ein Schnitt im Material gebildet. Die Verdampfungswärme von Materialien ist im Allgemeinen sehr groß, daher erfordert das Laserverdampfen und Schneiden viel Leistung und Leistungsdichte.

Das Laserbedampfungsschneiden wird hauptsächlich zum Schneiden von extrem dünnen Metallmaterialien und nichtmetallischen Materialien (wie Papier, Stoff, Holz, Kunststoff und Gummi usw.) verwendet.

2. Laserschmelzschneiden

Beim Laserschmelzschneiden wird das Metallmaterial durch Lasererwärmung geschmolzen, und dann wird das nicht oxidierende Gas (Ar, He, N usw.) durch die Düse koaxial zum Strahl gesprüht, und das flüssige Metall wird durch das starke Druck des Gases, um einen Schnitt zu bilden. Beim Laserschmelzschneiden muss das Metall nicht vollständig verdampft werden und die erforderliche Energie beträgt nur 1/10 des Verdampfungsschneidens.

Laserschmelzschneiden wird hauptsächlich zum Schneiden von schwer oxidierbaren Materialien oder aktiven Metallen wie Edelstahl, Titan, Aluminium und deren Legierungen verwendet.

3. Laser-Sauerstoffschneiden

Das Prinzip des Laser-Sauerstoff-Schneidens ähnelt dem Autogen-Schneiden. Es verwendet einen Laser als Vorwärmwärmequelle und ein Aktivgas wie Sauerstoff als Schneidgas. Einerseits interagiert das eingeblasene Gas mit dem Schneidmetall, um eine Oxidationsreaktion zu bewirken und eine große Menge an Oxidationswärme abzugeben; andererseits werden das geschmolzene Oxid und die Schmelze aus der Reaktionszone ausgeblasen, um einen Schnitt im Metall zu bilden. Da die Oxidationsreaktion im Schneidprozess viel Wärme erzeugt, beträgt die erforderliche Energie für das Lasersauerstoffschneiden nur die Hälfte des Schmelzschneidens und die Schneidgeschwindigkeit ist viel schneller als beim Laserverdampfungsschneiden und Schmelzschneiden. Das Laser-Sauerstoffschneiden wird hauptsächlich für leicht oxidierbare Metallmaterialien wie Kohlenstoffstahl, Titanstahl und wärmebehandelten Stahl verwendet.

4. Laserritzen und kontrollierte Fraktur

Beim Laserritzen wird ein Laser mit hoher Energiedichte verwendet, um die Oberfläche des spröden Materials abzutasten, sodass das Material erhitzt wird, um eine kleine Rille zu verdampfen, und dann einen bestimmten Druck ausüben, das spröde Material wird entlang der kleinen Rille brechen. Laser zum Laserritzen sind im Allgemeinen gütegeschaltete Laser und CO2-Laser.

Bruchkontrolle ist die Nutzung der steilen Temperaturverteilung, die durch das Lasernuten erzeugt wird, die lokale thermische Spannungen im spröden Material erzeugt und das Material entlang der kleinen Nut bricht.

Funktionen

Im Vergleich zu anderen thermischen Schneidverfahren weist das Laserschneiden die Gesamteigenschaften einer hohen Schnittgeschwindigkeit und einer hohen Qualität auf. Im Einzelnen zusammengefasst als die folgenden Aspekte.

1. Gute Schnittqualität

Aufgrund des kleinen Laserflecks, der hohen Energiedichte und der hohen Schnittgeschwindigkeit kann beim Laserschneiden eine gute Schnittqualität erzielt werden.

A. Der Laserschneideinschnitt ist schmal, beide Seiten des Schlitzes sind parallel und senkrecht zur Oberfläche und die Maßgenauigkeit der geschnittenen Teile kann ±0,05 mm erreichen.

B. Die Schnittfläche ist glatt und schön, die Oberflächenrauheit beträgt nur einige Dutzend Mikrometer und sogar Laserschneiden kann als letzter Prozess ohne mechanische Bearbeitung verwendet werden, und die Teile können direkt verwendet werden.

C. Nach dem Laserschneiden des Materials ist die Breite der Wärmeeinflusszone sehr gering, die Leistung des Materials in der Nähe des Schlitzes wird fast nicht beeinträchtigt und die Werkstückverformung ist gering, die Schnittgenauigkeit ist hoch, die Geometrie des Schlitzes ist gut, und die Querschnittsform des Schlitzes ist eher ein regelmäßiges Rechteck.

2. Hohe Schneideffizienz

Aufgrund der Übertragungseigenschaften des Lasers ist die Laserschneidmaschine in der Regel mit mehreren CNC-Arbeitstischen ausgestattet und der gesamte Schneidprozess kann vollständig CNC-gesteuert werden. Während des Betriebs muss nur das numerische Steuerprogramm geändert werden, es kann auf das Schneiden von Teilen mit unterschiedlichen Formen angewendet werden, sowohl beim zweidimensionalen Schneiden als auch beim dreidimensionalen Schneiden.

3. Schnelle Schnittgeschwindigkeit

Wenn ein Laser mit einer Leistung von 1200 W zum Schneiden einer 2 mm dicken kohlenstoffarmen Stahlplatte verwendet wird, kann die Schnittgeschwindigkeit 600 cm/min erreichen; Beim Schneiden einer 5 mm dicken Polypropylenharzplatte kann die Schnittgeschwindigkeit 1200 cm / min erreichen. Das Material muss beim Laserschneiden nicht eingespannt und fixiert werden, was nicht nur Werkzeugaufnahmen, sondern auch Nebenzeiten beim Be- und Entladen spart.

4. Berührungsloses Schneiden

Beim Laserschneiden hat der Schneidbrenner keinen Kontakt zum Werkstück und es kommt zu keinem Werkzeugverschleiß. Für die Bearbeitung von Teilen mit unterschiedlichen Formen muss das "Werkzeug" nicht geändert werden, sondern lediglich die Ausgabeparameter des Lasers geändert werden. Der Laserschneidprozess ist geräuscharm, vibrationsarm und umweltfreundlich.

5. Es gibt viele Arten von Schneidmaterialien

Im Vergleich zum Autogenschneiden und Plasmaschneiden gibt es viele Arten von Laserschneidmaterialien, einschließlich Metall-, Nichtmetall-, Metall- und Nichtmetall-Verbundwerkstoffe, Leder, Holz und Fasern. Aber für verschiedene Materialien zeigen sie aufgrund ihrer unterschiedlichen thermophysikalischen Eigenschaften und unterschiedlichen Absorptionsraten für Laser unterschiedliche Anpassungsfähigkeiten für das Laserschneiden.

Anwendungen

Die meisten Laserschneider werden von CNC-Programmen gesteuert oder zu Schneidrobotern verarbeitet. Als präzises Bearbeitungsverfahren kann das Laserschneiden fast alle Materialien schneiden, einschließlich des zweidimensionalen Schneidens oder des dreidimensionalen Schneidens von dünnen Metallplatten.

Auf dem Gebiet der Automobilherstellung ist die Schneidtechnologie von Raumkurven wie Autoverdeckfenstern weit verbreitet. Das deutsche Volkswagen-Unternehmen verwendet einen Laser mit einer Leistung von 500 W, um komplex geformte Karosseriebleche und verschiedene gebogene Teile zu schneiden. In der Luft- und Raumfahrt wird die Laserschneidtechnik hauptsächlich zum Schneiden von speziellen Luftfahrtmaterialien wie Titanlegierungen, Aluminiumlegierungen, Nickellegierungen, Chromlegierungen, Edelstahl, Berylliumoxid, Verbundwerkstoffen, Kunststoffen, Keramik und Quarz verwendet. Zu den durch Laserschneiden verarbeiteten Luft- und Raumfahrtteilen gehören Triebwerksflammenrohre, dünnwandige Gehäuse aus Titanlegierung, Flugzeugrahmen, Haut aus Titanlegierung, Tragflügel, Heckflügel, Helikopter-Hauptrotor, keramische Wärmedämmplatten für Space Shuttles usw.

Auch im Bereich nichtmetallischer Werkstoffe findet die Laserschneidtechnik breite Anwendung. Es können nicht nur Materialien mit hoher Härte und Sprödigkeit geschnitten werden, wie z. B. Siliziumnitrid, Keramik, Quarz usw.; kann aber auch flexible Materialien wie Stoff, Papier, Kunststoffplatten, Gummi usw. schneiden und verarbeiten, z>

Trends

1. Die Laserschneidmaschine wird die bahnbrechende Produktrevolution fortsetzen.

Die Laserlichtquelle ist das Herzstück des Laserschneiders und auch ein wichtiger Indikator, der die Art und die Schneidfähigkeit eines Laserschneiders bestimmt. Zukünftige Veränderungen bei Laserschneidern werden natürlich auch bei Laserlichtquellen stattfinden. Wie bereits erwähnt, ist der Ersatz der CO2-Laserschneidmaschine durch die Faserlaserschneidmaschine die wichtigste technologische Revolution in den 40 Jahren seit der Geburt des Laserschneiders, die Herstellern und neuen und alten Anwendern in dieser Hinsicht bahnbrechende wirtschaftliche Vorteile gebracht hat Bereich. Wird es also in Zukunft eine neue Lichtquelle geben, die billiger als Faserlaser ist, eine bessere Leistung, einen besseren Strahlmodus, eine höhere elektrooptische Umwandlungsrate oder niedrigere Gesamtkosten hat? Die Antwort ist natürlich ja. Dann fragen Sie, was für ein Laser? Eine genaue Antwort ist jetzt natürlich nicht möglich. Wissenschaft und Technologie geraten manchmal ins Stocken, manchmal Tausende von Kilometern pro Tag.

2. Hochleistungs-Faserlaser werden die Hauptkraft auf dem Markt für Laserschneidmaschinen werden.

Heutzutage haben Glasfaserschneidmaschinen verschiedener Leistungsbereiche eine große Entwicklung eingeleitet. Aber wo ist die Mainstream-Laserleistung von Laserschneidmaschinen in Zukunft? Obwohl die Laserschneidmaschinen in jedem Leistungsbereich ihren eigenen Nutzen haben, sehen die Laserfamilie, die mit Hochleistungsfaserlasern begann und die weltweite Revolution der Laserschneidmaschinentechnologie auslöste, höhere Leistung, höhere Präzision und größere Schneidleistung als One der wichtigen Entwicklungsrichtungen von Faserlaserschneidmaschinen. STYLECNC hat vor kurzem eine 15-KW-Ultra-Hochgeschwindigkeits-Faserlaserschneidmaschine auf den Markt gebracht, die einen beispiellosen Durchbruch bei der Schnittgeschwindigkeit und Schnittdicke erzielt hat, der die Aufmerksamkeit der Branche auf sich gezogen hat. Beinhaltet dies den zukünftigen Entwicklungstrend von Laserschneidmaschinen? Es lohnt sich, sich auf Branchenexperten, Wissenschaftler und Anwenderfreunde zu freuen. Darüber hinaus können wir zuversichtlich sein, dass in naher Zukunft viele in- und ausländische Hersteller von Faserlaserschneidmaschinen einen harten Marktwettbewerb einleiten werden. Nur Unternehmen mit hervorragender Produktqualität, kontinuierlichem Fokus auf F&E-Investitionen und der Beherrschung wettbewerbsfähiger Kerntechnologien können dies tun und unbesiegbar sein.

3. Die Ära der Intelligenz kommt.

Ob Industrie 4.0 in Deutschland oder intelligente Fertigung in China, die vierte industrielle Revolution im industriellen Bereich steht bevor. Als hochpräzise CNC-Laserschneidmaschine wird die Laserschneidmaschine sicher mit der Zeit gehen und mit der Technik fliegen. Die Entwicklung der Automatisierung von Laserschneidmaschinen hat die Produktionskapazität und den Automatisierungsgrad der Blechwerkstatt erheblich verbessert.

Auf dieser Basis braut sich zukünftig eine Ära der intelligenten Fertigung von Laserschneidmaschinen in den Bereichen Netzwerktechnik, Kommunikationstechnik, Computersoftwaretechnik und anderen Bereichen zusammen. Es ist absehbar, dass es als Mittel zum Präzisionsschneiden von Blechen unweigerlich seine eigenen Netzwerkkommunikationsfähigkeiten verwendet, um mit der Blechabwickellinie, der Biegemaschine, der CNC-Stanzmaschine, der Schweiß-(Niet-)Verbindungseinheit, der Strahl- und Beschichtungslinie des Werks zu kommunizieren . Andere Geräte, eingebettet in ein einheitliches Produktionsplan-, Aufgaben- und Bewertungsmanagementsystem, sind zu einem wichtigen Bestandteil des Blechwerkstatt-Managementsystems geworden. Infolgedessen werden sich die Hersteller von Laserschneidmaschinen nach und nach zu Auftragnehmern für die Blechbearbeitung.