Laserschneiden

Laserschneiden von Blechen in der industriellen Blechbearbeitung.

Seit den 70er Jahren wird der Laser zum Schneiden verwendet. Das Laserschneiden von Blechen ist heute ein Standardverfahren in der Blechbearbeitung.

Verfahren

Das stark konzentrierte Laserlicht trifft auf die Oberfläche des Werkstücks. Ein Teil des Lichtes wird vom Werkstoff absorbiert und erhitzt diesen bis zum Schmelzpunkt. Der Rest des Lichtes wird ungenutzt reflektiert. Laserschneiden von metallischen Blechen wird immer mit Unterstützung von Gas durchgeführt. Das Gas stabilisert den Laser, schützt die Schnittfläche vor Oxidation und bläßt die Schmelze aus der Schnittfuge.

Brennschneiden

Beim Brennschneiden enthält das Gas Sauerstoff. Brennschneiden wird meist bei Stahl eingesetzt. Der Sauerstoff reagiert mit dem Stahl, wobei Wärme freigesetzt wird die den Laser bei seiner Arbeit unterstützt. Hierdurch können sehr dicke Bleche bis über 40mm mit dem Laser geschnitten werden. Allerdings verbleibt auf der Schnittkante eine Oxidschicht die z.B. für weitere Oberflächenbearbeitungsschritte entfernt werden muss. Das Brennschneiden ist in der Blechbearbeitung von Stahl ein sehr häufig genutztes Verfahren.

Schmelzschneiden

Hier wird i.d.R. mit Argon oder Stickstoff geschnitten. Das Gas hat hierbei wiederum die Aufgabe die Schmelze auszublasen und dabei den Werkstoff vor dem Sauerstoff zu schützen und somit eine Oxidation der Schnittkanten zu vermeiden. Dieses Verfahren kann bei allen schmelzbaren Werkstoffen eingesetzt werden.

Werkstoffe

Es können alle üblichen Metalle durch Laserschneiden bearbeitet werden. Je nach verwendeter Laserquelle, variiert allerdings die maximale Dicke des Blechs. Der Laserstrahl des CO²-Lasers hat z.B. eine andere Wellenlänge ,als das von Festkörperlasern. Der CO²-Strahl wird von Stahl gut absorbiert, Aluminium hingegen reflektiert einen großen Teil des CO²-Lichtstrahls, so dass dieser Teil des Lichts nicht zum Erwärmen des Werkstoffs zur Verfügung steht und somit bei gegebener Leistung nur dünnere Bleche geschnitten werden können.

Qualitätsmerkmale

Das Werkzeug Laser hat viele Parameter: Laserleistung, Pulzfrequenz, Fokusierung, Gasdruck, Gasgemisch … Alle haben Sie Einfluss auf die Qualität des Bauteils. Qualität bedeutet Gratbildung, Schnittbreite, Winkligkeit der Schnittfläche, Spritzerbildung, Wärmeeinfluss im Werkstück. Mit einer 6kW Laserschneidanlage kann man 2mm Zahnräder aus 0,5 Blech schneiden oder ein Maschinengestell aus einerm 20mm Blech, wenn man seine Maschine beherrscht. Ein guter Lieferant zeichnet sich dadruch aus, dass er den Einfluss dieser Parameter technisch versteht und die Erfahrung hat, um eine Parameteroptimierung Effizient durchzuführen.

Vorteile des Laserschneidens

Der Laser ist ein sehr flexibles Wekzeug. Er kann unterschiedliche Werkstoffe und unterschiedliche Blechdicken schneiden. Die schneidbaren Konturen können nahezu beliebig geformt sein. Der Schnittspalt ist sehr schmal und die Qualität gegenüber anderen thermischen Schneidverfahren sehr gut. Das heißt, es wird eine gute Oberflächenqualität und eine geringe Gratentwicklung erreicht. Und das alles ausschließlich programmgesteuert, ohne Werkzeugkosten. Der Laser ist damit ideal für kleine bis mittlere Stückzahlen, sowie dicke Bleche und große Bauteile.

Nachteile des Laserschneidens

Der Laser arbeitet sich Stück für Stück durch das Werkstück. Für eine 8mm Bohrung hat der Laser z.B. eine Strecke von 25mm zurück zulegen wofür er bei einer typischen Schnittgeschwindigkeit von 2m/min mit Anschnitt ca. 1sec benötigt. Ein Stanzhub einer CNC-Stanze mit entsprechendem Stanzwerkzeug benötigt hierfür einen Bruchteil der Zeit. Deshalb ist der Laser für Werkstücke mit vielen kleinen Konturen und bei Teilen mit großen Stückzahlen weniger geeignet, da teurer. Es gilt also immer abzuwägen, ab welcher Stückzahl sich Stanzwerkzeuge lohnen, um das Bauteil dann mit geringen Stückkosten geg. zu stanzen. Auch wenn der Laser mit einer hohen punktuellen Leistung dafür sorgt, dass wenig Energie in das Werkstück eingebracht wird, erwärmt er dieses dennoch und es kann somit zu einem Verzug im Bauteil führen. Damit der Laser schneiden kann, muss er zu Beginn des Schnittvorgangs ein Startloch einstechen. Dies ist der kritischste Moment. Hierbei enstehen meist Spritzer oder ein unvermeidbarer Grat am Werkstück.

Die ideale Lösung: Stanz-Laser Bearbeitungsmaschinen

Als ideal haben sich Stanz-Laser-Anlagen erwiesen, die die Vorteile vom Laserschneiden und Stanzen verbinden. Hier ist im Bearbeitungskopf eine Laseroptik und eine Stanzmechanik enthalten. So wird jede Kontur mit dem richtigen Werkzeug bearbeitet und dadurch die maximale Wirtschaftlichkei erreicht. Wir bei der ZENTNER Elektrik-Mechanik GmbH haben eine vollautomatisierte Stanz-Laseranlage im Einsatz.

Programmierung

CNC-Laserschneidanlagen werden mit den gängigen CNC-Programmiersprachen wie z.B. nach DIN 66025-2 programmiert. Da die Geometrien beim Laserschneiden meistens zweidimensional sind, ist die Übernahme aus CAD-Daten besonders einfach. Oft wird die Laserkontur als DXF-Datei übermittelt und wird dann in das Programmiersystem importiert von wo das fertige Bearbeitungsprogramm an die Maschine übertragen wird.

PRAXISTIPPS

Wägen Sie spätestens vor der Detailkonstruktion ab, ob es sich um ein Teil zum Laserschneiden oder Stanzen handelt bzw. stimmen Sie sich früh mit Ihrem Lieferanten ab.
Bei Stanz- und Laserteilen müssen unterschiedliche fertigungsrelevante Konstruktionsmerkmale berücksichtigt werden (siehe Rubrik Designtipps).
Markieren Sie geg. die Position des Startlochs auf Ihrer Zeichnung, wenn das für die Qualität des Bauteils relevant ist.
Klären Sie mit Ihrem Lieferanten wie die Qualität der Kanten sein soll. Man kann bereits beim Schneiden auf den Grat Einfluss nehmen und geg. auf weitere Bearbeitungsschritte verzichten.
Teilen Sie dem Hersteller mit, wenn das Brennschneiden nachteilig für Ihr Bauteil sein kann und besser gestantzt werden sollte.
Nutzen den Laser auch zum Beschriften, Körnen oder Perforieren.