Laserschneiden

by test01 August 19, 2020

Das Laserschneiden gehört zur Gruppe der trennenden Fertigungsverfahren und basiert auf dem Durchtrennen von Festkörpern durch Laserstrahlung. Das Verfahren erlaubt es dem Anwender, komplexe Konturen aus nahezu allen denkbaren Werkstoffen zu schneiden.

Die Nutzung von kontinuierlicher oder gepulster Laserstrahlung zum Durchtrennen oder Zuschneiden von Werkstücken weist im Vergleich zu anderen Verfahren weitreichende Vorteile auf. In der metallverarbeitenden Industrie erfreut sich das Laserschneiden vor allem aufgrund der hohen Präzision, Effizienz und Produktivität großer Beliebtheit. Durch die Kombination von Lasertechnik mit hochautomatisierter CNC-Technik wird zudem auch bei kleinen Losgrößen eine hohe Wirtschaftlichkeit sichergestellt.

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Technische Grundlagen zum Laserschneiden

Das Trennverfahren Laserschneiden wird auf einer Laserstrahlschneidmaschine durchgeführt. Diese ist zur Automatisierung mit einer modernen CNC-Steuerung ausgestattet. Die wichtigsten Komponenten der Laserstrahlschneidmaschine sind:

  • Laserstrahlquelle
  • Laserstrahlführung
  • Fokussieroptik
  • Schneiddüse
Laserschneiden bei der Firma TEPRO Präzisionstechnik GmbH
Laserschneiden bei der Firma TEPRO Präzisionstechnik GmbH

Bezüglich der Laserstrahlquelle kommen in der Industrie verschiedene Technologien zum Einsatz. Neben dem klassischen CO2-Laser werden auch spezielle Festkörperlaser wie der Nd:YAG-Laser, der Faserlaser oder der Scheibenlaser eingesetzt. Von der Laserstrahlquelle wird der Laserstrahl wahlweise per Umlenkspiegel (CO2-Laser) oder Lichtleitkabel (Festkörperlaser) zur Fokussieroptik bzw. Fokussierlinse geführt.

Die Fokussieroptik ist dafür verantwortlich, durch eine Bündelung des Strahls die Intensität zu erhöhen. Im Anschluss tritt der Strahl mit einer hohen Energiedichte durch die Schneiddüse und wird direkt auf das zu bearbeitende Werkstück gerichtet.

Laserschneiden - so funktioniert's
Wie funktioniert Laserschneiden?

Der hochenergetische Laserstrahl sorgt dafür, dass der Werkstoff schmilzt, verbrennt oder verdampft und das Werkstück vollständig durchdrungen wird. Der Laserstrahl wird mithilfe der Fokussieroptik und der Führungseinheit dann entlang der gewünschten Kontur bewegt und schneidet das Werkstück sauber und präzise durch.

Parallel zum Schneidprozess wird ein Prozessgas eingesetzt, um das abgetragene Material aus der entstehenden Schnittfuge zu entfernen und gleichzeitig die Fokussieroptik vor den Dämpfen und Spritzern zu schützen. Das Laserschneiden erlaubt es dem Anwender, Toleranzen von bis zu +/- 0,1 mm/m zu erzielen. Je nach Anwendungsfall und Werkstoff lassen sich dabei Schnittgeschwindigkeiten von bis zu 250 m/min erreichen.

Das Laserschneiden wird branchenübergreifend zum Schneiden von nahezu allen Werkstoffen eingesetzt. Die Wirtschaftlichkeit hängt dabei stets von dem speziellen Einsatzzweck und dem zu schneidenden Material ab. So erfordert das Schneiden von Aluminium oder Messing aufgrund der stark spiegelnden Oberfläche beispielsweise eine sehr hohe Laserleistung.

2D-Laserschneiden bei der Firma SINIDBAU S.R.O.
2D-Laserschneiden bei der Firma SINIDBAU S.R.O.
Laserschneidmaschine der Firma KOVAN M.I.
Laserschneidmaschine der Firma KOVAN M.I.

Varianten des Verfahrens Laserschneiden

Die Anwendung des Laserschneidens unterscheidet sich vor allem in Hinblick auf die erreichte Temperatur an der Oberfläche des Werkstoffs sowie die Art des zugeführten Prozessgases. In Abhängigkeit dieser Parameter wird der geschnittene Werkstoff entweder als Flüssigkeit, als Oxidationsprodukt oder als Dampf aus der Schnittfuge entfernt. Je nach Aggregatzustand des Werkstoffs wird zwischen den drei Varianten Laserstrahlschmelzschneiden, Laserstrahlbrennschneiden und Laserstrahlsublimierschneiden unterschieden. Diese werden im Folgenden kurz erläutert:

Laserstrahlschmelzschneiden

Grundlage des Laserstrahlschmelzschneidens ist der Einsatz eines inerten oder sehr reaktionsträgen Prozessgases. Das Gas verhindert eine Oxidation des Werkstoffs und sorgt zusätzlich dafür, dass die Fokussieroptik geschützt wird. In der Schnittfuge wird das Material kontinuierlich aufgeschmolzen und als Flüssigkeit ausgeblasen. Typische Anwendungen für diese Variante sind die Herstellung oxidfreien Schnitten bei der Bearbeitung von Edelstahl oder das Schneiden von Aluminiumlegierungen.

Laserstrahlbrennschneiden

Zum Schneiden von eisenhaltigen Metallen wird häufig das Laserstrahlbrennschneiden eingesetzt, bei dem der Werkstoff nicht aufgeschmolzen, sondern auf Entzündungstemperatur erwärmt und dann verbrannt wird. Das Verfahren zeichnet sich im Vergleich zum Laserstrahlschmelzschneiden durch höhere Schnittgeschwindigkeiten und eine nahezu gratfreie Schnittkante aus.

Laserstrahlsublimierschneiden

Zum Schneiden von Werkstoffen ohne ausgeprägten schmelzflüssigen Zustand kommt das Sublimierschneiden zum Einsatz. Grundlage dieser Variante ist das Verdampfen des Werkstoffs, wobei das Material direkt vom festen in den dampfförmigen Zustand übergeht. Das Verfahren eignet sich zum Schneiden von Holz, Leder und Textilien sowie für faserverstärkte Kunststoffe.

Neben den hier aufgeführten Varianten wird auch noch zwischen dem Laserfeinschneiden für feinste Konturen sowie der 2D- und 3D-Laserbearbeitung für die Fertigung komplexer zwei- und dreidimensionaler Geometrien unterschieden.

Die Vorteile beim Laserschneiden

Das Laserschneiden zeichnet sich durch eine ganze Reihe an Vorteilen aus:

  • Hohe Materialausnutzung und Wirtschaftlichkeit
  • Nahezu alle Werkstoffe können geschnitten werden
  • Auch für die Prototypen- oder Kleinserienfertigung geeignet
  • Hohe Schnittqualität
  • Saubere, gratfreie und nachbearbeitungsfreie Schnittkante (je nach Werkstoff)
Laserschneiden bei der Firma Gebr. Hohl GmbH
Laserschneiden bei der Firma Gebr. Hohl GmbH

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Anfrage 2D-Laserschneiden Automatenstahl
Anfrage 2D-Laserschneiden Automatenstahl
Anfrage 3D-Laserschneiden Aluminiumkappe
Anfrage 3D-Laserschneiden Aluminiumkappe
Anfrage für Laserschneiden - Rohr aus Baustahl
Anfrage für Laserschneiden - Rohr aus Baustahl