Metallschneiden wird heute oft mit dem Laser durchgeführt, es gibt hierzu verschiedene Verfahren. Ihnen gemeinsam ist, dass es sich um thermische Trennverfahren handelt und dass das Material platten- oder rohrförmig ist. Es gibt darüber hinaus auch rein mechanische, spanende Verfahren zum Metallschneiden.
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Metallschneiden mit Laser: Einsatzgebiete, Vor- und Nachteile
Der Laser kommt zum Einsatz, wenn komplexe, zwei- und dreidimensionale Umrisse eine schnelle und präzise Verarbeitung verlangen. Die Geschwindigkeit kann zwischen 10 – 100 m/min liegen. Ein weiteres Einsatzgebiet für das Laserschneiden ist das Erzeugen dreidimensionaler Durchbrüche und dabei sehr oft die berührungslose und kraftfreie Bearbeitung. An schwer zugänglichen Schneidestellen ist der Einsatz des Lasers das Mittel der Wahl. Ein wichtiger Vorteil ergibt sich auf der Kostenseite: Metallschneiden mit dem Laser lohnt sich schon bei einem einzigen Werkstück und auch sonst bei niedrigen Losgrössen. Laserschneiden mit all seinen Vorteilen lässt sich aber auch mit Nibbeln und Stanzen kombinieren, hierfür gibt es spezielle Maschinen. Sie lassen die Arbeit mit einem Stanzkopf ebenso wie das Auslasern zu. Die eingesetzten Lasergeräte sind CO2-, Nd:YAG- und Faserlaser. Folgende Vorteile bringt Laserschneiden mit:
- wirtschaftlich durch geringste Losgrössen
- hohe Materialausnutzung
- sehr sauberer Schnitt, kaum Nachbearbeitung erforderlich
- Schneiden und Gravieren/Kennzeichnen funktioniert mit einem Gerät im selben Arbeitsgang
Dem stehen kleine Nachteile gegenüber:
- komplizierter Arbeitsschutz
- hohe Anlagenkosten
- hoher Energie- und/oder Gaseinsatz
Komponenten und Verfahren beim Metallschneiden mit Laser
Die Laserstrahlschneidmaschine besteht aus der Laserstrahlquelle, der Strahlführung und dem Bearbeitungskopf mit Schneiddüse. Es gibt je nach Art des Lasers verschiedene Wege für den Strahl von der Laserstrahlquelle zur Bearbeitungsstelle, darunter Nahinfrarot, Lichtleitkabel oder Umlenkspiegel. Die Fokussieroptik bündelt schliesslich den Strahl, um die nötige Schneideintensität zu erzeugen. Es finden beim Laserschneiden gleichzeitig zwei Teilvorgänge statt. Die Schneidfront absorbiert den fokussierten Laserstrahl, die Schneiddüse stellt das Prozessgas bereit. Dieses treibt das abgetragene Metall aus der Schnittfuge und schützt gleichzeitig die Fokussieroptik. Der Abtrag kann drei Aggregatzustände annehmen:
- flüssig (Laserstrahlschmelzschneiden)
- festes Oxidationsprodukt (Laserstrahlbrennschneiden)
- gasförmig (Laserstrahlsublimierschneiden)
Es lassen sich Stahlplatten bis 40 mm, Edelstahlplatten bis 50 mm und Aluminiumplatten bis 25 mm auf diese Weise schneiden. Der Schnitt von Aluminium oder Kupfer mit dem Laserstrahl gilt als aufwendig, denn diese Werkstoffe reflektieren zunächst den Laserstrahl. Es sind daher hohe Leistungen erforderlich. Auch die höhere Wärmeleitfähigkeit von Kupfer und Aluminium sowie die fehlende Oxidation gelten als problematisch. Da das Einstechen bei jedem Laserschneiden zeitintensiv ausfällt, sind moderne Lasermaschinen mit Sensoren ausgestattet, die den erfolgten Durchstich detektieren. Das spart Zeit und sorgt zudem für einen sauberen Schnittbeginn. Stahlkanten müssen nach dem Laserschneiden oft nachbearbeitet werden.