Laserstrahlbearbeitung: Prinzipien, Anwendungen und industrielle Auswirkungen

Laserstrahlbearbeitung ist ein unkonventionelles Bearbeitungsverfahren, bei dem Metall vom Werkstück durch thermische Energie entfernt wird. Dieses Verfahren wird in der Industrie weit eingesetzt, besonders für spröde Materialien mit geringer Leitfähigkeit. Erfahren Sie mehr über Laserstrahlbearbeitung mit Funktionsprinzip und Anwendungen.

Bevor wir tiefer einsteigen, müssen wir über Laser und Lasertypen sprechen.

Was ist ein Laser?

Die vollständige Form von Laser ist Light Amplification By Stimulated Emission Of Radiation (Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung). Ein Laser ist ein Gerät, das Licht durch einen Prozess optischer Verstärkung basierend auf der stimulierten Emission von elektromagnetischer Strahlung emittiert. Der Schlüsselunterschied zwischen einer normalen Lichtquelle und einem Laser liegt in Kohärenz, Richtungsgebundenheit, Monochromatizität und hoher Intensität.

Normales Licht hat verschiedene Wellenlängen und Intensitäten. Daher sind die von einer gewöhnlichen Lichtquelle emittierten Photonen über eine große Fläche verteilt – es ist inkohärent.

Im Gegensatz dazu haben Lichtwellen des Lasers dieselbe Wellenlänge und Intensität. Daher wird das vom Laser emittierte Licht als monochromatisches Licht bezeichnet.

Das vom Laser emittierte Licht kann sehr eng gebündelt werden und einen sehr kleinen Bereich mit hoher Intensität fokussieren. Mehr Energie konzentriert sich auf kleiner Fläche, wodurch das Werkstück aufheizt und die Oberfläche schmilzt.

Laser werden in verschiedenen Bearbeitungsvorgängen, optischen Laufwerken, Fotodruckern, Barcodescannern, Autoscheinwerfern usw. eingesetzt.

Lasertypen

Es gibt drei Lasertypen basierend auf dem Medium zur Lasererzeugung:

• Gaslaser
• Festkörperlaser
• Flüssiglaser

Die Laserstrahlbearbeitung nutzt einen Festkörperlaser namens Rubinkristall zur Erzeugung des Laserstrahls.

Was ist Laserstrahlbearbeitung?

Laserstrahlbearbeitung ist ein Verfahren, bei dem hochintensives Laserlicht auf einen kleinen Bereich des Werkstücks fokussiert wird, wodurch dieser Bereich durch extreme Hitze schmilzt und schließlich verdampft, um Material zu entfernen. Laserstrahlbearbeitung nutzt thermische Energie zur Materialentfernung.

Sie kann bei metallischen und nicht-metallischen Werkstücken eingesetzt werden. Speziell für hochspröde Materialien, wo traditionelle Bearbeitung nicht möglich ist. Auch wenn winzige Formen oder Schnitte nötig sind, die traditionelle Bearbeitung nicht leisten kann, kommt Laserstrahlbearbeitung zum Einsatz.

Funktionsprinzip der Laserstrahlbearbeitung

Der Laserstrahl emittiert monochromatisches Licht, um einen sehr kleinen Werkstückbereich zu fokussieren. Durch die geringe Fläche und hohe Intensität entsteht extreme Hitze. Diese lässt das Metall schmelzen, und das geschmolzene Metall verdampft schließlich. Das ist das grundlegende Funktionsprinzip. Jetzt im Detail:

Wie im Bild zu sehen: Ein zylindrisches Rubinkristall-Lasermedium mit zwei flachen Reflektormedien ist in einer Spule von Blitzlampen von ca. 1000 W platziert. Die Blitzlampe emittiert hochintensives weißes Licht, das die Kristalle anregt, einen Laserstrahl zu erzeugen, der über eine Linse auf den Werkstückbereich fokussiert wird.

Der erzeugte Laserstrahl hat eine Leistungsdichte von ca. 1000 kW/cm². Durch diese extreme Leistungsdichte entsteht Hitze, die den Werkstückbereich schmelzen lässt.

Wichtige Komponenten der Laserstrahlmaschine

Hier sind einige Schlüsselkomponenten einer typischen Laserstrahlmaschine:

• Stromversorgung
• Blitzlampe
• Kondensator
• Lasermedium
• Reflektorspiegel
• Linse

Stromversorgung

Wie der Name sagt, versorgt die Stromversorgungseinheit die Blitzlampe mit Energie, damit sie Licht emittiert, um Elektronen im Lasermedium von niedrigerem auf höheres Energieniveau zu heben.

Blitzlampe

Die Blitzlampe liefert hochintensives weißes kohärentes Licht an die Laserentladungsröhre/das Lasermaterial, das schließlich die Elektronen anregt.

Kondensator

Ein Kondensator wird in der Laserstrahlbearbeitung verwendet, um die Blitzlampe im Pulsmodus zu betreiben – die Hauptaufgabe eines Kondensators ist Ladungsspeicherung und -freigabe bei Bedarf.

Lasermedium / Laserentladungsröhre

In der Laserstrahlbearbeitung werden Rubinkristalle verwendet. Wenn die Blitzröhre Licht emittiert, emittiert sie Lichtphotonen mit Energie, die der Rubinkristall absorbiert.

Reflektorspiegel

In der Laserstrahlbearbeitung werden zwei Arten von Reflektorspiegeln verwendet. Einer ist 100 % reflektierend, der andere teilweise reflektierend. Der Laserstrahl wird durch den teilweise reflektierenden Spiegel emittiert.

Linse

Eine Linse fokussiert den Laserstrahl auf den angegebenen Werkstückbereich.

Vorteile der Laserstrahlbearbeitung

• Sehr nützlich für die Bearbeitung spröder Materialien
• Für Metalle und Nicht-Metalle einsetzbar
• Kein Kontakt zwischen Werkzeug und Werkstück
• Keine mechanische Arbeit involviert
• Keine mechanischen Eigenschaften werden während des Prozesses verändert
• Merkmale in Bereichen erstellbar, die andere Werkzeuge nicht erreichen
• Fähig, sehr präzise Merkmale zu erzeugen

Nachteile der Laserstrahlbearbeitung

• Hohe Anfangsinvestition
• Geschulter Techniker erforderlich
• Niedrige Produktionsrate
• Kurze Lebensdauer der Blitzlampe
• Sehr hoher Energiebedarf
• Niedrige Materialabtragsrate
• Sehr hohe Wartungskosten

Anwendungen der Laserstrahlbearbeitung

• Laserstrahlbearbeitung wird in fast jedem Sektor für die Herstellung präziser, komplexer Teile eingesetzt, die für die Produktfunktionalität kritisch sind.
• In der Medizintechnik für Haarentfernung und kosmetische Chirurgie
• Sehr beliebt in der makroskopischen Massenbearbeitung
• Für die Bearbeitung kleiner Bohrungen, wo traditionelle Werkzeuge nicht hinkommen
• Kompliziertes Schweißen nicht-leitender und feuerfester Materialien

Fazit

Das war unser Artikel. Ich hoffe, Sie erhielten einen fairen Einblick in die Laserstrahlbearbeitung. Ich verstehe, dass dieser Artikel nur die Grundlagen abdeckt. Bei Fragen oder Anregungen schreiben Sie gerne in die Kommentare – ich antworte gerne.

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Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Was ist Laserstrahlbearbeitung?

Laserstrahlbearbeitung ist ein unkonventionelles Bearbeitungsverfahren, bei dem ein Laserstrahl auf einen bestimmten Werkstückbereich fokussiert wird, um diesen zu schmelzen und zu verdampfen und so Material zu entfernen.

Wofür steht LASER?

Light Amplification By Stimulated Emission Of Radiation