Laserschneiden: Wichtige Do's & Don'ts für Präzision und Sicherheit

Laserschneiden ist der Prozess, bei dem hochleistungsfähige Lichtstrahlen zum Schneiden, Schlitzen oder Bohren von Materialien eingesetzt werden. In den 1960er Jahren am Welding Institute in England entwickelt, ist der Prozess zunehmend populär geworden. Tatsächlich machen Metall-Laserschneidemaschinen mittlerweile das größte Produktsegment des globalen Metallschneidemarktes aus, mit einer erwarteten Nachfrage von fast 9,8 Milliarden US-Dollar bis 2025.

Wie funktioniert Laserschneiden? Es gibt verschiedene Laserschneideprozesse, die jedoch allgemein in zwei Kategorien fallen: Schmelzschneiden und ablatives Schneiden. In seiner einfachsten Form beinhaltet Laserschmelzschneiden die Verwendung eines Lasers, um einen lokalisierten Bereich des Materials am Werkstück zu schmelzen, und das geschmolzene Material dann mit hochdruckbeaufschlagten Strahlen Inertgas (typischerweise Stickstoff, der nicht exotherm mit dem Schneidmaterial reagiert) abzutragen. CNC-Steuerungen können verwendet werden, um den Laser oder das Werkstück zu bewegen, um kontinuierliche Schnitte zu erzeugen.

Abaltives Laserschneiden verwendet schnelle Pulse eines hochintensiven Lasers, um Material Schicht für Schicht abzutragen. Dieser Prozess verdampft das Material tatsächlich, anstatt es zu schmelzen, und erfordert daher kein Druckgas zum Entfernen von Überschussmaterial. Allgemein ein langsamerer Prozess, wird ablatives Laserschneiden verwendet, um Teilschnitte herzustellen, die das Werkstück nicht von oben nach unten vollständig durchdringen (Lasergravur ist beispielsweise ein Beispiel für einen ablativen Prozess). Im Gegensatz dazu feuert Schmelzschneiden Laser in kontinuierlichen Wellen oder längeren Pulsen und kann daher nur verwendet werden, um das Werkstück vollständig durchzuschneiden.

Warum Laserschneiden wählen?

Laserschneiden bietet einige deutliche Vorteile. Der wichtigste ist die Fähigkeit, extrem präzise und genaue Teile zu erstellen. Einige Teile können Toleranzen von weniger als 1 mm aufweisen, was den Laserschneideprozess zu einer effizienten Methode für Teile mit komplexen oder filigranen Merkmalen macht. Die hochlokalisierte Natur des Laserschneidens verringert das Risiko, dass sich das Werkstückmaterial verzieht, drastisch, und Teile, die per Laserschneiden hergestellt werden, erfordern oft keine Nachbearbeitung oder Oberflächenveredelung.

Zudem erfordert Metall-Laserschneiden keinen Werkzeugwechsel zwischen Operationen, ermöglicht mehr Designflexibilität durch fehlende feste Werkzeuge und kann hochautomatisiert sein, was Arbeitskosten minimiert und Produktionszeiten verkürzt. Da nur der Strahl das Werkstück berührt, gibt es keine mechanische Reibung, die Werkzeugverschleiß verursacht.

Laserschneiden ist in der industriellen Fertigung äußerst verbreitet und eignet sich gut für die Herstellung von Teilen wie Autokarosserien, Handyhüllen und Blechen. Der Prozess findet auch umfangreiche Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik und im Schiffbau.

Wichtige Überlegungen für Laserschneiden

Während CNC-Laserschneidemaschinen in der Fertigung häufig eingesetzt werden, erfordert effektives Laserschneiden im Allgemeinen die Einbindung qualifizierter Ingenieure, die Best Practices befolgen. Hier sind drei wichtige Überlegungen für Ingenieure und Maschinenbediener:

Das Material sollte den spezifischen Laserschneideprozess bestimmen

Während Metall-Laserschneidemaschinen viel Aufmerksamkeit erhalten, können Laser auch zum Schneiden oder Gravieren von Keramik, Holz, Thermoplasten und Polymeren verwendet werden. Ingenieure sollten den Laserschneideprozess wählen, der am besten zum Material des Teils passt.

Laserschmelzschneiden ist beispielsweise effektiv für die meisten Metalle und Thermoplaste, während ablatives Laserschneiden extrem effizient beim Schneiden von Teilen aus Acryl und Polyacetal sein kann, da deren Schmelz- und Siedepunkte so nah beieinander liegen, was Verdampfung ermöglicht.

Andererseits sind einige Materialien schwieriger mit Lasern zu schneiden. Thermoplastische Polymere und organische Materialien wie Holz verbrennen beispielsweise eher, als zu schmelzen, wenn sie einem Laser ausgesetzt sind – eine Eigenschaft, die Gravur oder Branding ermöglicht, aber nicht präzises Schneiden.

Eine Erhöhung der Laserleistung nicht mit einer Erhöhung der Effizienz verwechseln

Während erhöhte Laserleistung bedeutet, dass schneller geschnitten werden kann – mit neuen Entwicklungen, die Schnittgeschwindigkeiten von bis zu einem Meter pro Sekunde ermöglichen – bedeutet mehr Rohleistung nicht direkt effizientere Fertigung.

Um diese hohen Schnittgeschwindigkeiten zu erreichen, benötigt der Laser Zeit zum Beschleunigen, was Hochleistungslaser unglaublich effektiv für das Schneiden großer Teile oder Teile ohne komplexe Merkmale macht. Diese Laser bieten weniger Vorteile für Teile mit komplizierten Geometrien, da der Laser normalerweise zu einem anderen Schnitt bewegen muss, bevor er die volle Geschwindigkeit erreicht. Beschleunigung und Verzögerung müssen bei der Betrachtung der Laserschneideeffizienz berücksichtigt werden.

Teile so designen, dass sie den Laserschneideprozessanforderungen entsprechen

Es ist ein häufiger Fehler anzunehmen, dass die Schnittfugenbreite (Kerf) so schmal ist, dass sie vernachlässigbar ist. Laser erzeugen extrem dünne Schnitte – typischerweise zwischen 30 und 300 Mikrometern, abhängig von Laserleistung, Setup und Prozess –, aber diese Schnittfugenbreiten müssen dennoch in das Schneidedesign einbezogen werden, damit das resultierende Teil für seine vorgesehene Anwendung geeignet bleibt.

Eine weitere entscheidende Designüberlegung ist das Verbinden (Tabbing) oder die Verwendung von Mikroverbindungen zur Unterstützung kleiner Teile. Das hochdruckbeaufschlagte Gas beim Schmelzschneiden erfordert, dass Teile ihr eigenes Gewicht tragen können, was oft auf die Teiledicke ankommt. Typischerweise kommen Teiledicken von 2–3 mm oder mehr ohne Verbinden aus, aber wenn die Teiledicke unter 2 mm liegt, müssen Designer möglicherweise Mikroverbindungen hinzufügen, um das Teil während des Schneideprozesses zu stabilisieren und zu verhindern, dass das Druckgas es verschiebt. Dies kann auch den Verlust kleiner Teile verhindern und deren Entnahme aus der Maschine erleichtern. Diese Laschen können während der Nachbearbeitung leicht entfernt werden.

Kritische Sicherheitsanforderungen einhalten

Sicherheit hat in der Fertigung oberste Priorität. Nur ausgebildete Fachkräfte sollten Laserschneidegeräte bedienen. Abhängig vom verwendeten Material kann der Prozess auch schädliche und giftige Gase emittieren, weshalb der Einsatz von regelkonformer Luftreinhaltetechnik entscheidend ist.

Laserschneiden: Jedes Detail treibt Effizienz

Richtig eingesetzt, versprechen Metall-Laserschneidemaschinen Genauigkeit, Präzision und Effizienz. Während die komplexen Material- und Designüberlegungen bedeuten, dass Produktteams und Ingenieure etwas mehr Zeit im Vorfeld investieren müssen, um sicherzustellen, dass Designs für die Fertigung optimiert sind, spricht die Qualität der resultierenden Teile im Allgemeinen für sich. Um sicherzustellen, dass Teile mit höchster Qualität und Geschwindigkeit gefertigt werden, ziehen Sie die Partnerschaft mit einem erfahrenen On-Demand-Hersteller in Betracht.

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