Bediensoftware verbessert Qualität beim Laserschneiden

Anwender, die Bauteile mit dem Laser schneiden, erwarten von ihrer Maschine, dass sie mit möglichst hoher Prozessgeschwindigkeit qualitativ hochwertige Bauteile liefert. Doch es gibt Situationen im Schneidprozess, in denen sich eine hohe Schneidgeschwindigkeit und gleichzeitig hohe Teilequalität nur schwer miteinander vereinbaren lassen. Je kleiner und filigraner der Anwender ein Bauteil schneiden möchte, desto geringer ist die realisierbare Vorschubgeschwindigkeit der Achsen.

Software passt Vorschubgeschwindigkeit beim Laserschneiden an

Damit Anwender gleichbleibend gute Bearbeitungsergebnisse erzielen, müssen die Laserparameter an die Bahngeschwindigkeit angepasst werden. Das Modul Cutassist, das ein optionaler Bestandteil der Bediensoftware Tru-Control von Trumpf ist, optimiert die Laserparameter stets auf die maximal mögliche Vorschubgeschwindigkeit der Führungsanlage und ermöglicht gleichzeitig qualitativ hochwertige Schneidergebnisse.

Um die Laserparameter dem Schneidprozess anzupassen, setzten Anwender bislang verschiedene Steuerungsstrategien ein, damit die vom Laser eingebrachte Streckenener-gie möglichst konstant bleibt. Hauptsächlich sind dies folgende Techniken:

-Schneiden mit kontinuierlich strahlendem Laser (cw-Laser): Die cw-Laserleistung wird in Abhängigkeit von der Vorschubgeschwindigkeit angepasst. Je kleiner der Vorschub des Laserstrahls ist, desto geringer ist der Energieeintrag des Lasers in das zu bearbeitende Material. Jedoch limitiert die minimale Laserleistung, die notwendig ist, um das Material zu durchtrennen, diese Möglichkeit der Regelung. Denn ist die Laserleistung zu gering, reißt der Schneidprozess ab.

-Schneiden mit gepulsten Lasern: Dort legt eine fest definierte Anzahl an Pulsen pro Streckeneinheit die Streckenenergie fest. Bei steigendem Vorschub steigt die Frequenz des Lasers proportional, während sie bei langsamerer Geschwindigkeit sinkt. Im Extremfall kann die Frequenz der Laserpulse den Wert null erreichen. Dies ist beispielweise bei Umkehrpunkten oder sehr scharfen Ecken der Fall, wenn die Vorschubgeschwindigkeit kurzzeitig auf null sinkt. Diese Art der Leistungsanpassung liefert qualitativ ausgezeichnete Bearbeitungsergebnisse. Allerdings ist die mittlere Leistung gepulster Laser geringer als die von cw-Lasern, mit dem Resultat, dass auch die maximal erzielbaren Schneidgeschwindigkeiten geringer sind.

Optimale Qualität und Geschwindigkeit beim Laserschneiden

Trumpf hat eine neue Strategie entwickelt, mit der der Anwender beim Schneidprozess die optimale Kombination aus Schneidgeschwindigkeit und -qualität erzielen kann. Möglich macht dies die neue Generation der Bediensoftware Tru-Control, mit der sich kontinuierlich strahlende Laser wie auch gepulste Laser betreiben lassen.

Die Geschwindigkeit des Schneidprozesses und die Beschleunigung der Laseranlage beeinflussen die Bearbeitungszeit eines Bauteils. Bei geraden Schnitten und großen Radien kann die Anlage über weite Strecken eine hohe Geschwindigkeit aufrechterhalten.

Ecken und Kurven bremsen beim Laserschneiden und erhöhen Streckenenergie

Je genauer der Laser jedoch eine Ecke oder Kurve schneiden muss, desto mehr muss die Anlage abbremsen. Dies wiederum erhöht die Streckenenergie des Lasers im Schneidprozess, falls der Anwender nicht die Parameter des Lasers an die Geschwindigkeit der Anlage anpasst.

Beim Schneiden von spitzen Winkeln kommt es zusätzlich zu einer verminderten Wärmeleitung in Richtung des schon bestehenden Schnittes. Dies heizt die Schnittstelle zusätzlich auf. Eine erhöhte Streckenenergie und ein Wärmestau führen zur Gratbildung, einer großen Wärmeeinflusszone und unter Umständen zu einem Eckenabbrand.

Software passt Parameter beim Laserschneiden in Ecken, Kanten und Umkehrpunkten an

Das Modul Cutassist passt die Laserparameter an die reduzierte Geschwindigkeit bei Ecken, Kanten und Umkehrpunkten an. Dabei verarbeitet die Software das Geschwindigkeitssignal aus der CNC- oder Robotersteuerung und wandelt es in eine Laserleistungsvorgabe um. Dadurch passen sich alle relevanten Laserparameter wie die mittlere Leistung, Pulsleistung und Frequenz optimal an die momentane Geschwindigkeit im Schneidprozess an.

Je nach Applikation werden sowohl die Leistung im cw-Betrieb als auch die Pulsparameter adaptiert. Dadurch ermöglicht die Software eine deutlich bessere Schneidqualität bei maximalen Schneidgeschwindigkeiten.

Bessere Laserschneidqualität sowohl mit Faserlasern als auch mit Scheibenlasern

Cutassist kann in allen Lasern eingesetzt werden, die Trumpf mit der neuen Tru-Control-Steuerung ausliefert. Dies sind unter anderem die Scheibenlaser der Tru-Disk-Generation und die Faserlaser der Tru-Fiber-Serie.

Um die optimalen Laserparameter zu ermitteln, unterteilt Cutassist die Brems- und die Beschleunigungsstrecke des Schneidprozesses in vier Bereiche. Für diese ermittelt die Software die jeweils optimalen Parameter zum Schneiden. Ausgehend von der Prozessleistung reduziert sie erst die mittlere Leistung. Ab einer gewissen Mindestgeschwindigkeit stellt Cutassist auf Laserpulse um. Über den Umkehrpunkt hinweg pulst der Laser mit konstanter Frequenz.

Der Anwender kann den kompletten Parametersatz aus der Datenbank laden. Die Anpassung geschieht zwischen Anlage und Laser automatisch. So werden beispielsweise bei der Anfahrt einer Ecke alle Phasen vom Laser eigenständig verwaltet, ohne dass der Anwender eingreifen muss. Dies erspart sowohl bei der Programmierung einzelner Bauteile als auch beim eigentlichen Schneidprozess viel Zeit, weil die Maschine immer mit optimalem Vorschub arbeiten kann.

Programm zu Laserschneiden langer Strecken wie auch filigraner Strukturen

Die Laserparameter passen sich durch Cutassist an die Vorschubgeschwindigkeit der Führungsmaschine an. Daher ist es bei hochlegierten Stählen ohne Bedeutung, ob die Anlage lange gerade Strecken mit hoher Geschwindigkeit fährt oder filigrane Strukturen schneidet. Das zugrunde liegende Laserprogramm muss der Anwender nicht ändern.

Für Baustähle über 2 mm Dicke stellt die Software zusätzliche Funktionen bereit, um die Schneidqualität – insbesondere in Eckbereichen – zu verbessern. Jede Kontur wird mit maximaler Geschwindigkeit bei optimierten Laserparametern geschnitten.

Im Vergleich zu konventionellen Techniken ermöglicht es Cutassist, die Schneidzeit pro Bauteil um bis zu 50% zu verringern – und dies bei höherer Qualität der Schnittkante. Anwender können Cutassist in allen Führungsanlagen einsetzen, die ein analoges, geschwindigkeitsproportionales Signal zur Verfügung stellen.

Elke Kaiser ist in der Applikationsentwicklung tätig bei der Trumpf Laser GmbH & Co. KG, Schramberg, Dr. Rüdiger Brockmann ist im Branchenmanagement tätig bei der Trumpf Laser- und Systemtechnik GmbH, Ditzingen.