Wichtiger Leitfaden zur Auswahl einer Faserlaserschneidmaschine für Metall

1. Was ist eine Faserlaserschneidmaschine?

Eine Faserlaserschneidmaschine ist eine Lasermaschine, die Licht aus einem Laser emittiert und es über ein optisches Pfadsystem in einen hochleistungsdichten Laserstrahl fokussiert. Der Laserstrahl trifft auf die Werkstückoberfläche, wodurch das Werkstück seinen Schmelz- oder Siedepunkt erreicht, während das koaxiale Hochdruckgas das geschmolzene oder verdampfte Metall wegbläst.

Durch die relative Bewegung von Strahl und Werkstück wird das Material schließlich geschnitten, um den Schneidzweck zu erreichen.

Der Laserschneidprozess ersetzt traditionelle mechanische Messer durch unsichtbare Strahlen. Er bietet hohe Präzision, schnelles Schneiden, keine Beschränkung durch Schneidmuster, Materialersparnis durch automatisches Nesting, glatte Schnitte und niedrige Bearbeitungskosten. Er wird traditionelle Metallschneidprozesse allmählich verbessern oder ersetzen. Der mechanische Teil des Laserschneidkopfs hat keinen Kontakt zum Werkstück, sodass die Werkstückoberfläche während der Arbeit nicht zerkratzt wird. Die Schneidgeschwindigkeit ist hoch, der Schnitt glatt und flach, meist ohne Nachbearbeitung. Die wärmebeeinflusste Zone ist klein, die Plattenverformung gering, der Schnittspalt schmal (0,1–0,3 mm). Keine mechanische Spannung, keine Grate. Hohe Bearbeitungsgenauigkeit, gute Wiederholbarkeit, keine Beschädigung der Materialoberfläche. NC-Programmierung ermöglicht jede Planung, Großformat-Schneiden ohne Formbau – wirtschaftlich und zeitsparend.

2. Wofür wird eine Faserlaserschneidmaschine verwendet?

Faserlaserschneidmaschinen können alle Arten von Metallmaterialien schneiden:

• Eisen
• Legierungen
• Messing
• Kupfer
• Titan
• Aluminium
• Kohlenstoffstahl
• Baustahl
• Edelstahl

3. Wo wird eine Faserlaserschneidmaschine eingesetzt?

Anwendungen sind sehr umfangreich, umfassen viele Branchen und sind für viele Unternehmen unverzichtbare Ausrüstung:

• Werbeindustrie
• Blechbearbeitung
• Gehäuse- und Schaltschrankbau
• Federblechproduktion
• U-Bahn-Teile
• Aufzugsfertigung
• Küchengeräteherstellung

Weit verbreitet in: Blechbearbeitung, Werbeschilder, Hoch- und Niederspannungsschaltschränke, Maschinenteile, Küchenutensilien, Automobil, Maschinen, Metallkunst, Sägeblätter, Elektronikteile, Brillenindustrie, Federblech, Leiterplatten, Wasserkocher, medizinische Mikroelektronik, Hardware, Messwerkzeuge etc.

4. Bestandteile einer Faserlaserschneidmaschine

Sie besteht aus drei Hauptteilen:

1. Schwerer Rahmen: Normalerweise aus Rohren und Blechen geschweißt. Bietet lange Lebensdauer und durch Wasserwaagenmessung (Abb. 4-1) wird die Arbeitspräzision sichergestellt. Dient zur Aufnahme des Werkstücks und kann präzise gemäß Steuerprogramm bewegt werden. Meist durch 2 Servomotoren angetrieben (Abb. 4-2).
2. Strahlübertragungssystem: Die Übertragungsoptik und mechanischen Komponenten des gesamten Prozesses vom Laserstrahl-Austritt aus dem Lasergenerator (Abb. 4-3) bis zum Werkstück.
3. CNC-Steuerungssystem (Abb. 4-4): Steuert die Bewegung der X-, Y- und Z-Achse sowie die Ausgangsleistung des Generators.

Abb. 4-1: Wasserwaagenmessung

Abb. 4-2: Yaskawa Servomotor

Abb. 4-3: IPG Lasergenerator

Abb. 4-4: Cypcut Steuerungssystem

Neben den drei Hauptteilen gibt es weitere Komponenten:

• Außenlichtpfad: Reflektorspiegel zur Strahllenkung. Alle Spiegel müssen durch Schutzabdeckungen gesichert sein, und sauberes Schutzgas mit Überdruck schützt die Linse vor Verunreinigung. Ein gut funktionierendes Linsenset fokussiert einen strahlfreien Strahl in einen unendlich kleinen Spot. Üblicherweise wird eine 5,0-Zoll-Fokuslinse verwendet; 7,5-Zoll-Linse nur für >12 mm dicke Materialien.
• Stabilisierte Spannungsversorgung: Verbindet Lasergenerator, Rahmen und Stromversorgung. Verhindert externe Netzstörungen.
• Faserlaserschneidkopf: Enthält Hohlraum, Fokuslinsenhalter, Fokuslinse, kapazitiver Sensor, Hilfsgasdüse. Der Schneidkopfantrieb bewegt den Kopf in Z-Richtung per Programm, bestehend aus Servomotor, Spindel oder Zahnrad.
• Wasserkühlsystem (Abb. 4-5): Kühlt Laserkopf und Lasergenerator. Ein Laser wandelt elektrische in Lichtenergie um (Faserlaser: >25 % Wirkungsgrad), Restenergie wird Wärme. Kühlwasser entfernt überschüssige Wärme, hält Generator in kaltem Wasser. Kühlt auch externe Spiegel und Fokuslinse für stabile Strahlqualität, verhindert Linsenüberhitzung, Verformung oder Bersten.
• Gas (Abb. 4-6): Laserschneidmaschinen-Arbeitsgas und Hilfsgas zur Versorgung der Schneidkopfdüse.
• Weitere Geräte für den täglichen Betrieb: Luftkompressor, Filter, Abluftventilator etc.

Abb. 4-5: S&A Wasserkühler

Abb. 4-6: Gas

5. Funktionsprinzip einer Faserlaserschneidmaschine

Laser ist eine Art Licht. Wie anderes Licht wird es durch Übergänge von Atomen (molekular oder ionisch) erzeugt.

Anders als gewöhnliches Licht hängt Laserlicht (Abb. 5-1) nur für die allererste extrem kurze Zeit von spontaner Emission ab. Da der Prozess vollständig durch das Anregungslicht bestimmt wird, hat der Laser eine sehr reine Farbe, fast keine divergente Richtwirkung und hohe Leuchtintensität und Kohärenz.

Faserlaserschneiden wird durch Anlegen hoher Leistungsdichteenergie erreicht, die durch Fokussierung des Lasers erzeugt wird. Unter Computersteuerung gibt der Laser gepulst einen kontrollierten, hochfrequenten gepulsten Laserstrahl bestimmter Frequenz und Pulsbreite ab. Der gepulste Strahl wird durch den optischen Pfad geleitet und reflektiert und durch die Fokuslinsengruppe fokussiert. Auf der Oberfläche des bearbeiteten Objekts entsteht ein winziger, hochenergetischer Lichtfleck. Der Fokusfleck liegt nahe der zu bearbeitenden Oberfläche, und das Material schmilzt oder verdampft augenblicklich bei hoher Temperatur. Jeder hochenergetische Laserpuls sputet augenblicklich ein kleines Loch in die Objektfläche. Unter Computersteuerung werden Laserbearbeitungskopf und Material nacheinander gemäß einem vorgezeichneten Muster bewegt und geplottet, sodass das Objekt in die gewünschte Form gebracht wird.

Abb. 5-1: Raytools Laserkopf

6. Wie definiert man die Schneidqualität einer Faserlaserschneidmaschine?

Schneidgenauigkeit ist der erste Faktor zur Bestimmung der Qualität einer CNC-Laserschneidmaschine. Vier Faktoren beeinflussen die Schneidgenauigkeit:

• A. Laser-Kohäsionsgröße des Lasergenerators: Nach Kohäsion sehr kleiner Strahl → hohe Schneidpräzision, kleiner Spalt → gute Qualität. Großer Strahl → großer Spalt; je dicker das Werkstück, desto größer der Spalt.
• B. Rahmenpräzision: Vor Arbeitsbeginn jeden Rahmenteil prüfen. Vertikale und horizontale Ausrichtung muss exakt sein. 0,1 mm Abweichung pro Teil vergrößert sich im Betrieb.
• C. Form des Laserstrahls: Kegelförmiger Strahl → kegelförmiger Spalt; je dicker das Werkstück, desto größer der Spalt.
• D. Unterschiedliche Materialien: Unterschiedliche Schneidqualität. Beispiel: Unter gleichen Bedingungen großer Unterschied zwischen Edelstahl und Aluminium. Edelstahl: bessere Präzision und Schnittkante als Aluminium.

Allgemein wird die Schneidqualität durch 5 Standards definiert:

• A. Qualität der Schnittkante.
• B. Größe der Schlacke an der Schnittkante.
• C. Schnittkantensenkrechtigkeit und Neigung.
• D. Schnittkanten-Rundungsgröße.
• E. Ebenheit.

7. Sichere Bedienung einer Faserlaserschneidmaschine

Bediener müssen von Fachleuten geschult sein, um selbstständig zu arbeiten. Basierend auf Erfahrung werden 13 Details für den sicheren Betrieb zusammengefasst:

1. Sicherheitsregeln der Schneidmaschine beachten. Laser strikt nach Startprozedur starten.
2. Bediener muss Struktur und Leistung der Anlage kennen und Bedienungssystem beherrschen.
3. Schutzbrille tragen bei Betrieb in der Nähe des Faserlaserstrahls.
4. Vor Klärung der Materialeignung für Faserlaser nicht bearbeiten (Gefahr von Dampf/Rauch).
5. Während des Betriebs nicht verlassen oder übergeben. Bei Verlassen Maschine ausschalten.
6. Feuerlöscher in der Nähe bereithalten. Maschine ausschalten, wenn nicht bedient. Kein Papier, Leder oder anderes brennbares Material in Strahlnähe.
7. Bei Anomalien sofort stoppen und beheben oder Ingenieure informieren.
8. Laser, Rahmen und Umgebung sauber, ordentlich, ölfrei halten. Werkstücke, Bleche, Schrott wie vorgeschrieben stapeln.
9. Bei Gasverwendung: Schweißdrähte nicht quetschen (Leckagegefahr). Gasflaschen-Handhabung und -Transport nach Flaschenüberwachungsvorschriften. Flasche nicht Sonnenlicht oder Wärmequellen aussetzen. Beim Öffnen des Flaschenventils seitlich stehen.
10. Hochdrucksicherheitsvorschriften bei Wartung beachten. Alle 40 Betriebsstunden oder wöchentlich, alle 1000 Stunden oder halbjährlich Wartung nach Vorschriften durchführen.
11. Nach Einschalten Maschine manuell bei niedriger Geschwindigkeit in X- und Y-Richtung starten, um Anomalien zu prüfen.
12. Nach Eingabe eines neuen Teilesprogramms: Testen und Betrieb prüfen.
13. Während der Arbeit Maschinenrahmen beobachten, um Auslaufen aus effektivem Bereich oder Kollision zweier Maschinen zu vermeiden.

8. Tägliche Wartung einer Faserlaserschneidmaschine

Der Rahmen (Abb. 8-1)

1. Täglich vor Start: Arbeitsbedingungen von Lasergas und Schneidgas prüfen. Bei unzureichendem Druck umgehend ersetzen.
2. Prüfen, ob X-/Y-/Z-Nullpunkt, Laserbereitschaft etc. beschädigt sind (Kontrollleuchten).
3. Prüfen auf Lockerheit von Nullpunkt, Endschaltern von X/Y/Z und Anschlagblock-Befestigungsschrauben; Empfindlichkeit der Endschalter prüfen.
4. Kreislaufwasserspiegel im Kühler prüfen; bei Mangel nachfüllen.
5. Prüfen auf Leckagen im externen Lichtpfad-Kreislauf. Leckagen sofort beheben, sonst Lebensdauer der Optik beeinträchtigt.
6. Nach jedem Schneidetag: Fokuslinsen auf Beschädigung prüfen.
7. Prüfen, ob Balg des externen Lichtpfads verbrannt oder beschädigt ist.
8. Nach Tagesende: Schneidabfälle beseitigen, Arbeitsplatz reinigen, Ordnung halten. Gleichzeitig Gerätereinigung durchführen, alle Teile sauber und schmutzfrei halten.
9. Nach Tagesende: Ablassventil des Luftbehälters am Kompressorboden öffnen, Abwasser ablassen, Ventil schließen.
10. Nach Tagesende: Herunterfahrschritte ausführen, dann Gesamtschalter der Maschine ausschalten.

Abb. 8-1: Schwerer Rahmen

Der Lasergenerator (Abb. 8-2)

Der Lasergenerator sollte täglich vor dem Start gewartet werden.

1. Kühlwasserdruck zwischen 3,5–5 bar halten.
2. Kühlwassertemperatur prüfen, idealerweise die für den gewählten Lasergenerator erforderliche Temperatur.
3. Ölstand im Vakuumpumpe des Lasergenerators prüfen; bei Bedarf nachfüllen.
4. Prüfen auf Leckagen in Öl-, Wasser- und Gasleitungen des Lasergenerators; ob Vakuumpumpe oder pneumatische Komponenten im Resonator lecken.

Abb. 8-2: Raycus Lasergenerator

9. Wie kauft man eine Faserlaserschneidmaschine von STYLECNC?

1. Beratung: Wir empfehlen die passendste Maschine nach Ihren Anforderungen (Metallmaterialien, max. Abmessungen L×B×H).
2. Angebot: Detailliertes Angebot mit bester Qualität und wettbewerbsfähigstem Preis.
3. Prozessbewertung: Beide Seiten prüfen und besprechen alle Details (technische Parameter, Spezifikationen, Geschäftsbedingungen) sorgfältig.
4. Bestellung: Ohne Zweifel senden wir Proforma-Rechnung (PI) und schließen Kaufvertrag.
5. Produktion: Produktion beginnt nach Erhalt unterschriebenem Vertrag und Anzahlung. Fortschrittsupdates während der Produktion.
6. Qualitätskontrolle: Ganzer Produktionsprozess unter regelmäßiger Inspektion und strenger Qualitätskontrolle. Komplette Maschine wird vor Werksausgang getestet.
7. Lieferung: Nach Vereinbarung und Bestätigung durch Käufer.
8. Zollabfertigung: Alle erforderlichen Versanddokumente liefern und reibungslose Zollabfertigung sicherstellen.