Laserschneiden

1. Definition:

(1) Es wird hauptsächlich verwendet, um Blechmaterialien durch eine Laserbearbeitungsmaschine in gewünschte geformte Werkstücke zu schneiden.
(2) Es ist ein Gerät, das die thermische Energie eines Laserstrahls nutzt, um durch Schmelzen und Verdampfen der Werkstückoberfläche bei Bestrahlung mit dem Laserstrahl einen Schnitt zu erzielen. Es hat Eigenschaften wie hohe Präzision, schnelles Schneiden, keine Einschränkungen durch Schneidemusterbegrenzungen, automatische Layouts zur Materialersparnis, glatte Schnittkanten und geringe Verarbeitungskosten. Es wird allmählich die traditionelle Schneidprozessausrüstung verbessern oder ersetzen.

2.1 Laser-Schneiden durch Schmelzen:

Beim Laser-Schneiden durch Schmelzen wird das Werkstück teilweise geschmolzen und das geschmolzene Material wird mittels Luftstrom ausgestoßen. Da der Materialtransfer nur im flüssigen Zustand erfolgt, wird dieser Prozess als Laser-Schneiden durch Schmelzen bezeichnet.
Der Laserstrahl zwingt zusammen mit einem hochreinen inerten Schneidgas das geschmolzene Material, den Schnittspalt zu verlassen, während das Gas selbst nicht am Schneiden beteiligt ist.

--Die maximale Schnittgeschwindigkeit steigt mit zunehmender Laserleistung und nimmt fast umgekehrt proportional mit zunehmender Blechdicke und Schmelztemperatur des Materials ab. Bei konstanter Laserleistung sind die Begrenzungsfaktoren der Gasdruck am Schnittspalt und die Wärmeleitfähigkeit des Materials.
--Laser-Schneiden durch Schmelzen kann oxidfreie Schnitte für Eisenwerkstoffe und Titanmetalle erreichen.

2.2 Laser-Flammschneiden

Der Unterschied zwischen Laser-Flammschneiden und Laser-Schmelzschneiden besteht in der Verwendung von Sauerstoff als Schneidgas. Durch die Wechselwirkung zwischen Sauerstoff und erhitztem Metall entsteht eine chemische Reaktion, die das Material weiter erhitzt. Aufgrund dieser Wirkung kann diese Methode im Vergleich zum Schmelzschneiden höhere Schnittgeschwindigkeiten für Baustahl gleicher Dicke erreichen.
Auf der anderen Seite kann diese Methode im Vergleich zum Schmelzschneiden zu einer schlechteren Schnittqualität führen. Tatsächlich kann sie eine breitere Schnittfuge, deutliche Rauheit, eine größere Wärmeeinflusszone und eine schlechtere Kantenqualität erzeugen.

--Laser-Flammschneiden ist nicht ideal für die Bearbeitung von Präzisionsmodellen und scharfen Ecken (es besteht die Gefahr, dass die scharfen Ecken abgebrannt werden). Der Pulsmodus-Laser kann verwendet werden, um die Wärmeauswirkungen zu begrenzen.
--Die verwendete Laserleistung bestimmt die Schnittgeschwindigkeit. Im Falle einer konstanten Laserleistung sind die begrenzenden Faktoren die Sauerstoffversorgung und die Wärmeleitfähigkeit des Materials.
--Die zur Erzeugung von Schmelze, aber nicht Verdampfung erforderliche Laserleistungsdichte liegt zwischen 104W/cm2 und 105W/cm2 für Stahlmaterialien.

2.3 Laser-Verdampfungsschneiden

Beim Laser-Verdampfungsschneiden verdampft das Material an der Schnittkante, was sehr hohe Laserleistung erfordert.
Um zu verhindern, dass der Materialdampf an den Wänden der Schnittkante kondensiert, sollte die Dicke des Materials nicht wesentlich größer sein als der Durchmesser des Laserstrahls. Dieses Verfahren ist daher nur für Anwendungen geeignet, bei denen der Ausschluss von geschmolzenem Material erforderlich ist. In der Praxis wird es nur in einem kleinen Bereich von Anwendungen für eisenbasierte Legierungen verwendet.

--Für eine bestimmte Blechdicke ist die maximale Schneidgeschwindigkeit umgekehrt proportional zur Verdampfungstemperatur des Materials.
--Die erforderliche Laserleistungsdichte muss größer als 108W/cm2 sein und hängt vom Material, der Schnitttiefe und der Fokuspunktposition des Strahls ab.
--Für eine bestimmte Blechdicke ist bei ausreichender Laserleistung die maximale Schneidgeschwindigkeit durch die Geschwindigkeit des Gasstrahls begrenzt.

Merkmale des Laserschneidens

(1) Das Laserschneiden kann auf fast alle Arten von Metall- und Nichtmetallmaterialien angewendet werden.
(2) Laserstrahlen können in extrem kleinen Punkten fokussiert werden, was Mikro- und Präzisionsbearbeitung ermöglicht, wie feine schmale Schlitze und Mikrobohrungen.
(3) Laserstrahlen können mithilfe von reflektierenden Spiegeln zur Bearbeitung an entfernte Standorte oder Isolationskammern gerichtet werden.
(4) Das Laserschneiden ist ein berührungsloses Verfahren, das den Bedarf an Werkzeugen beseitigt und mechanische Verformungen vermeidet.
(5) Das Laserschneiden erfordert keine spezielle Ausrüstung oder Umgebungen und eignet sich daher für die automatisierte kontinuierliche Bearbeitung. Es bietet hohe Effizienz bei minimaler Verformung und Wärmeverzerrung.

Mehrere wichtige Techniken:

Technologie zur Fokussierung der Position: Einer der Vorteile des Laserschneidens ist seine hohe Strahlungsenergiedichte, die typischerweise bei etwa 10 W/cm2 liegt. In industriellen Anwendungen verwenden Hochleistungs-CO2-Laser oft eine Brennweite von 127-190 mm. Der tatsächliche Fokusdurchmesser beträgt in der Regel zwischen 0,1-0,4 mm.

Laserperforationstechnologie: In den meisten Fällen erfordert jede thermische Schneidetechnik ein kleines Loch auf der Platte, bevor sie geschnitten wird. Laser-Schneidemaschinen haben zwei grundlegende Methoden zur Perforation: Explosive Perforation und Pulsperforation.

Düsenkonstruktion und Luftstromsteuerungstechnologie: Derzeit verwenden Laserschneiddüsen eine einfache Struktur mit einem konischen Loch und einem kleinen kreisförmigen Loch am Ende. Die Konstruktion der Düse erfolgt in der Regel durch Experimente und Versuch-und-Irrtum-Methoden.


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