Was ist ein Rohrlaser und wie funktioniert er?
Stellen Sie sich ein Werkzeug vor, das so präzise ist, dass es Metall wie Butter durchschneiden kann und dabei komplizierte…
Laserschneiden ist ein gängiges Verfahren zur Herstellung von Metall- und Nichtmetallteilen. Die 4-Milliarden-Dollar-Branche ist verantwortlich für die Produktion von Autos, Schiffen, Maschinen, Möbeln und vielem mehr.
Die stetige Weiterentwicklung hat uns eine große Auswahl an Laserschneidern gebracht, die für verschiedenste Materialien geeignet sind. Heute können wir zwischen CO2- und Faserlasern wählen, doch die Technologie hat ihre Ursprünge bereits zu Beginn des letzten Jahrhunderts.
Laser ist ein Akronym für “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” (Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung). Die abgekürzte Form ist aufgrund der weiten Verbreitung notwendig. Das Schneiden von Metallen ist eines der Anwendungsgebiete, das stark an Bedeutung gewonnen hat. Obwohl viele es als neue Technologie ansehen, reicht die Geschichte des Laserschneidens hundert Jahre zurück.
Natürlich ist es das Genie Albert Einstein, das hinter der Idee steht, die die Produktion beschleunigt hat. 1917 legte er in seiner Arbeit „Zur Quantentheorie der Strahlung“ die theoretischen Grundlagen, um den Laser möglich zu machen.
Weitere Wissenschaftler entwickelten Einsteins Ideen weiter. Verschiedene Fortschritte in der ersten Hälfte des Jahrhunderts machten die heutige Technologie erst möglich. Im Laufe des Jahrhunderts beschleunigte sich die Entwicklung.
Der erste pulsierende Laser-Prototyp stammt aus dem Jahr 1960. Kurz darauf folgte der erste Gaslaser, der einen kontinuierlichen Betrieb ermöglichte. In den 1960er Jahren galt das Laserschneiden als Lösung – das dazugehörige Problem musste jedoch erst gefunden werden. Es dauerte nicht lange, bis man das Potenzial für verschiedene Branchen erkannte.
Dies führte 1965 zur Entwicklung der ersten industriellen Laserschneidmaschinen. Western Electric, das Unternehmen, das für diese Maschinen verantwortlich war, setzte sie ein, um Löcher in Diamantwerkzeuge zu schneiden.
50 Jahre nach Einsteins Arbeit, im Jahr 1967, wurden Gasstrahl-Laserschneidmaschinen zum Schneiden von 1 mm dicken Metallblechen eingesetzt. Diese Fähigkeiten sorgten für großes Aufsehen. Laserschneiden hatte mit Abstand die geringste Schnittbreite.
Auch die Luft- und Raumfahrtindustrie wurde aufmerksam. In den 1970er Jahren begann sie, industrielle Laser zum Schneiden von Materialien wie Titan und Keramik einzusetzen. Das war ein großer Schritt in Richtung heutiger Anwendungen, da Laser zuvor hauptsächlich Nichtmetalle schneiden konnten.
Die Vorteile des Laserschneidens haben es zur dominierenden Technologie für das Metallschneiden gemacht. Zu den Hauptgründen für den Erfolg zählen Geschwindigkeit, Effizienz, Präzision und vielfältige Einsatzmöglichkeiten wie Schneiden, Schweißen, Gravieren und Markieren.
Es gibt zwei Hauptarten von Lasermaschinen – CO2-Laser und Faserlaser. Die Funktionsprinzipien beider Typen unterscheiden sich und bringen jeweils spezifische Vor- und Nachteile mit sich. Beispielsweise sind CO2-Laser günstiger, während Faserlaser dank ihrer neueren Entwicklung effizienter sind.
Die Wahl hängt letztlich davon ab, welche Materialien geschnitten werden sollen.
Zu Beginn des Laserschneidprozesses erzeugt das Gerät einen Lichtstrahl und lenkt ihn über Spiegel zum Austritt. Diese Spiegel bilden einen Resonator, der die Lichtenergie im Strahl verstärkt.
Anschließend durchläuft der Strahl eine Fokussierlinse, die ihn bündelt. Der Schneidkopf enthält eine Düse, die den Strahl auf das Werkstück richtet. Der fokussierte Laserstrahl schmilzt das Metall.
Während des Schneidens wird Gas freigesetzt. Bei Baustahl wird reiner Sauerstoff zugeführt, um einen Brennvorgang einzuleiten. Beim Schneiden von Edelstahl oder Aluminium schmilzt der Laserstrahl lediglich das Metall, und als Schneidgas dient Stickstoff, der das geschmolzene Metall ausbläst und saubere Schnitte ermöglicht.
Damit der Laser funktioniert, muss das Material die abgegebene Wärme aufnehmen. Bei Metallen wird ein Großteil des Lichts reflektiert. Daher ist ein leistungsstarker Laser erforderlich, um trotz der Reflexion genügend Hitze für den Schnitt zu erzeugen.
Das zurückgeworfene Licht kann die Maschine beschädigen. Manche Metalle, wie Kupferlegierungen und bestimmte Aluminiumqualitäten, reflektieren zu stark für CO2-Laser. Das schränkt die Einsatzmöglichkeiten ein.
Die ersten Faserlaser wurden 2008 auf der EuroBlech vorgestellt. Die unterschiedlichen Methoden der Strahlführung ermöglichen das Schneiden hochreflektierender Metalle. Heute können Materialien wie Aluminium, Messing, Kupfer und verzinkter Stahl mit dem Laser geschnitten werden.
Faserlaser sind einfacher aufgebaut und langlebiger. Das Laserlicht wird zunächst von Dioden erzeugt und dann durch optische Kabel geleitet, wo es verstärkt wird.
Die Kabel sind mit seltenen Erden wie Erbium oder Thulium dotiert, um das Licht zu verstärken. Schließlich fokussiert eine Linse das Licht zu einem Schneidestrahl. Das neue System benötigt keine Gase, Spiegeljustierungen oder Aufwärmzeiten.
Ein großer Vorteil von Faserlasern ist die hohe Energieeffizienz: Rund 75 % der eingespeisten Energie werden in Laserstrahlung umgewandelt. CO2-Laser erreichen etwa 20 %.
Der wesentliche Unterschied resultiert aus den geringen Verlusten bei der Wärmeerzeugung. So sind Faserlaser mit 2 kW Leistung vergleichbar mit wesentlich stärkeren CO2-Lasern.
Diese signifikanten Verbesserungen treiben Ingenieure dazu an, diese revolutionäre Technologie weiterzuentwickeln – ein klarer Hinweis auf die Zukunft.
Obwohl der Großteil des Marktes noch von CO2-Lasern dominiert wird, holen Faserlaser schnell auf. Ein immer größerer Anteil der Neuinvestitionen entfällt heute auf diese.
Die geringen Wartungskosten der Faserlaser sind ein wichtiges Verkaufsargument. Es gibt weniger bewegliche Teile und weniger Justierungen. Das führt zu weniger Ausfallzeiten durch Wartung.
Beim Schneiden dünner Metalle sind Faserlaser heute deutlich schneller. Bei dickeren Materialien (ab 10 mm) liefern CO2-Laser nach wie vor eine bessere Schnittqualität.
Insgesamt sieht die Zukunft für Faserlaser vielversprechend aus. Die Fertigungsindustrie ist traditionell und Veränderungen brauchen Zeit – doch Faserlaser sind auf dem besten Weg, CO2-Laser als Branchenführer abzulösen. Das trifft auch auf Anlagen für „klassische“ sowie für das Laserschneiden von Rohren zu.
Die Informationen über den Maschinenpark allein reichen nicht aus, um die Wahl des richtigen Lieferanten zu treffen. Die verfügbare Leistung ist ein Hinweis auf die potenziellen Fähigkeiten, aber keine Garantie für Qualität.
Das Schneiden selbst erfolgt automatisch, das Einrichten jedoch nicht. Maschinenbediener spielen eine entscheidende Rolle für die finale Qualität Ihrer Bauteile. Ihr Know-how und ihre Erfahrung ermöglichen es, für jede Produktion die passenden Einstellungen zu wählen.
