Laserschneiden

Der Laserstrahl mit seiner hohen Energiedichte hat sich in der Metallbearbeitung seit zwei Jahrzehnten etabliert. Die CO₂-Laser Schneidanlagen waren die ersten verbreiteten Anlagen, ab 2009 kamen zunehmend auch die Festkörperlaser, ND:YAG-Laser, Yb:Glas-Laser (Faserlaser), Yb:YAG_Laser (Scheibenlaser) zum Einsatz.
Der erzeugte Laserstrahl wird entweder durch Spiegel, CO₂-Laser, oder durch Lichtleiter zur Schneid-Düse geleitet. Dort wird der Strahl durch eine Optik zu einem energiereichen Strahl von ca. 0,23 mm Durchmesser fokussiert. Gleichzeitig strömt Gas mit bis zu 6 bar aus der Düse, es soll das Material aus der Trennfuge treiben und die Optik vor Metallspritzern schützen (siehe Zeichnung unten).
Da Werkstoffe elektromagnetische Wellen verschiedener Wellenlängen unterschiedlich absorbieren kann jeder Laser nur bestimmte Materialien gut schneiden. Der CO₂-Laser hat eine Wellenlänge von 10,6 μm und ist vorzugsweise für Stahl und Niro zu verwenden. Der ND:YAG-Laser mit seinen 1,06 μm Wellenlänge ist für Aluminium, Kupfer und Messing besser geeignet.
Einen Laser kann man im Dauerbetrieb oder im Pulsbetrieb einsetzen. Welche Betriebsart Verwendung findet, hängt vom zu bearbeitenden Material und der herzustellenden Kontur ab.
Im Dünnblechbereich dominiert wegen der fast rechtwinkligen Schnittkante und den hohen Schnittgeschwindigkeiten das Laserschneiden.

Der fokussierte Laserstrahl wirkt auf eine sehr kleine Fläche des Werkstückes so thermisch ein, dass dieser entweder verdampft, verbrennt oder schmilzt. Die Lage des kleinsten Flächenbereiches, den Fokus der Optik, ist entscheidend welches der drei Schnittverfahren, die folgend beschrieben werden, durchgeführt wird.

Bei diesem Schnittverfahren wird, der Laser arbeitet im Pulsbetrieb, das zu schneidende Material verdampft. Sublimationsschneiden wird hauptsächlich bei Materialien eingesetzt die keinen schmelzfähigen Zustand einnehmen, wie Holz und Kunststoff. Mit dem Schneidgas (Argon, Stickstoff, und Helium) wird der Werkstoffdampf aus der Trennfuge geblasen und gleichzeitig das Werkstück vor Verbrennung geschützt. Dünnwandige metallische Werkstoffe werden ebenfalls mit dem Sublimationsschneiden geschnitten.
Es entstehen sauberer oxydationsfreie Schnittflächen.

Der Werkstoff wird durch den Laserstrahl geschmolzen und mit einem Gasstrahl aus der Trennfuge heraus geblasen. Der Druck mit dem das Material aus der Fuge gedrückt wird beträgt > 20 bar, man spricht auch vom Hochdruckschneiden. Je dicker das Material ist, desto breiter muss auch der Laserstrahl sein um eine breitere Schnittfuge zu erhalten um das flüssige Material aus dem Schnittbereich geblasen zu bekommen. Der Fokus des Laserstrahles liegt bei diesem Verfahren an der Unterseite des Materials. Typische Schnittgeschwindigkeiten für Stahl:

Das Brennschneiden mit dem Laser ähnelt dem gleichnamigen Schnittverfahren mit dem Schneidbrenner. Der Fokus des Laserstrahles liegt auf der Oberfläche des Werkstückes. Das Material wird mit dem Laser erhitzt, gleichzeitig wird Sauerstoff in die Schnittfuge geblasen der Werkstoff regiert mit diesem und erhitzt das Material zusätzlich. Mit diesem Schnittverfahren lassen sich zu schneidende Materialdicken von 40mm erreichen. Nachteilig ist die rauhe aufgeschmolzene Schnittkante.