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Höhere Laserleistung erweitert das Spektrum des Laserschneidens

27.03.2009
Laserleistungen bis 7 kW ermöglichen nicht nur das Schneiden von Edelstahlblechen bis zu einer Dicke von 40 mm. Die zunehmenden Strahlausgangsleistungen erhöhen auch die Schneidgeschwindigkeit und führen zusammen mit der Prozessoptimierung zu einer minimalen Gratbildung an der Schnittunterkante.

Das niedersächsische Unternehmen PS Laser ist seit 20 Jahren als Laserlohnfertiger und Blechbearbeiter einer der Vorreiter beim Laserschneiden mit höchster Leistung. Die Schneidanlagen sind mit digitalen Lineardirektantrieben und Strahlausgangsleistungen bis zu 7 kW besonders geeignet für das produktionssichere Laserschneiden im Edelstahl-Dickblechbereich. Insgesamt 22 Laserstrahlquellen an Schneidanlagen bis zu einem Format von 2500 mm × 6000 mm können mit schnell-längsgeströmten CO2-Lasern Materialdicken von 0,5 bis 40 mm in Edelstahl oxidfrei und in normgerechter Qualität schneiden.

PS Laser hat derzeit 130 Mitarbeiter und legt besonderen Wert auf moderne Anlagentechnik in einem effizienten Gesamtumfeld. Langjährige Unternehmensphilosophie ist die Innovationsführerschaft beim industriellen Laserschneiden, wo frühzeitig hohe Laserleistungen, schnelle Schneidanlagen und Prototypen-Komponenten erprobt sowie in der Praxis verwendet wurden, die nicht dem üblichen Marktstandard entsprechen. Ein erreichtes Ziel ist neben kontinuierlich erhöhter Schneidgeschwindigkeit die qualitätsverbesserte minimale Gratbildung an der Schnittunterkante im Edelstahlschmelzschnitt. Die Prozessoptimierung führt bei Edelstahlqualitäten bis hin zu 20 mm Dicke zu feinriffeligen, rechtwinkeligen und bartarmen Schnittkanten.

Jahrelange Schneiderfahrung im Hochleistungsbereich und Werkstoffkompetenz

Eine wesentliche Bedingung sind hohe Laserausgangsleistung bei bester Strahlqualität sowie prozessoptimierte Einstech- und Schneidparameter. Damit sind Bohrungen, diverse Geometrien wie Rauten, Quader oder Schlitze mit minimaler Breite bis unterhalb von 50% der Materialstärke realisierbar. Die jahrelange Schneiderfahrung im Hochleistungsbereich sowie die ausgeprägte Verfahrens- und Werkstoffkompetenz ermöglichen die spezifische Umsetzung von Kundenwünschen, wo der standardisierte Wettbewerb abwinkt.

Die verfahrensimmanenten Vorteile des Laserschneidens, wie geringe Wärmeeinflusszone, signifikante Genauigkeitssteigerungen mit nahezu rechtwinkeligen Schnittkanten und hohe Schneidgeschwindigkeiten, eröffnen mit einer weiteren Leistungserhöhung oberhalb von 6 kW sowie Prozess- und Komponentenentwicklungen auch neue Einsatzfelder und perspektivische Fertigungsmöglichkeiten. Konkurrierende Trennverfahren wie das Plasma-, Autogen- oder Wasserstrahlschneiden werden durch den Dicken- und Qualitätssprung beim Laserstrahl-Dickblechschneiden eine zusätzliche Verfahrenskonkurrenz erhalten, weil die Leistungserhöhungen beim Laser linear in Vorschub umsetzbar sind.

Laserleistung korreliert direkt mit der erzielbaren Geschwindigkeitssteigerung

Die Erhöhung der verfügbaren Laserleistung bei vergleichbarer Strahlqualität steht in direkter Korrelation zur erzielbaren Geschwindigkeitssteigerung. Ein Sprung von 5 auf 6 kW führt im Edelstahl-Dickblechschneiden auch zu einer äquivalenten Zunahme der maximalen Vorschubgeschwindigkeiten um 20%. Ziele bei PS Laser mit seinen 7-kW-Schneidanlagen sind eine bessere Schnittkantenqualität mit niedriger Rechtwinkligkeits- und Neigungstoleranz und minimaler Rautiefe Rz sowie optimalem Schmelzaustrieb bei maximaler Schneidgeschwindigkeit.

Der Marktstandard aller Maschinenhersteller von Laser-Flachbettanlagen zum Schneiden beinhaltet Linsenschneidköpfe mit dickenabhängigen Brennweiten zwischen 3,75 und 9“, die den 12 bis 24 mm großen Rohstrahl fokussieren und mittels der 1,5 oder 2“ messenden Zink-Selenid-Linsen den Druckabschluss gewährleisten. Die kontinuierlichen Verbesserungen in den vergangenen 15 Jahren bei der Herstellung und Verarbeitung von Linsen ermöglichten auch eine permanente Leistungs- und Qualitätserhöhung der Laserstrahlquellen. Höhere Reinheit des Linsensubstrats, aufwändige Multilayer-Oberflächenbeschichtungen zur Reduzierung der Absorption und gegen Verschmutzungen oder schonende Linsenhalterungen in robusten Wechselköpfen ermöglichten langzeitstabile Schneidanwendungen bis 6 kW Laserleistung.

Oberhalb von 6 kW kommen Spiegelschneidköpfe zum Einsatz

Bereits seit knapp 15 Jahren existieren Spiegelschneidköpfe zum Laserschneiden im Hochleistungsbereich als Einzelanwendungen. Die zwischenzeitliche Entwicklung bei der Substrat- und Oberflächenqualität von Linsenschneidköpfen sowie in der Haltbarkeit – und das bei stark sinkenden Marktpreisen – haben den frühzeitigen Durchbruch von alternativen Fokussierelementen verzögert. Neuerdings werden oberhalb von 6 kW Spiegelschneidköpfe eingesetzt, weil die verwendeten ZnSe-Linsen zunehmend empfindlich auf geringste Verschmutzungen reagieren und die resultierende Absorption im High-Power-Bereich zu thermischen Verformungen und Abbildungsfehlern führt.

Der Spiegelfokussierkopf zum Laserschneiden ist bei der Nutzung von laufend verbesserten Strahlquellen und steigenden Laserleistungen wartungsärmer und langzeitstabiler. Die technisch notwendige Perspektive, um dickere Bleche schneller und mit höherer Schnittqualität zu bearbeiten, sind Baukonzepte mit zwei oder drei hochreflektiven Kupferspiegeln, wobei einer oder zwei als asphärische Parabol- oder Ellipsoidspiegel den Rohstrahl formen und durch meist doppelwandige Schneiddüsen führen.

Im Gegensatz zu Linsenoptiken muss jedoch ein zusätzlicher Aufwand betrieben werden, um den großen Druckunterschied zwischen Strahlführung (≥ 1 bar) und Schneidgas (> 20 bar) zu beherrschen. Eine Lösung liegt in einer autarken Düsengeometrie mit konzentrischer Ringspaltdüse, welche gegebenenfalls auch als Langlochversion motorisch nachgeführt werden kann, um einen optimalen Schmelzaustrieb zu erzielen. Letzte Entwicklungen arbeiten mit einem Druckabschluss mittels Blende an einer Zwischenfokussierung, wodurch die Gasräume von Strahlführung und Schneidgasaustritt physisch getrennt werden.

Reflektive Spiegel hoher Güte sorgen für Flexibilität

Die weitere Steigerung der Strahlleistung auf 7 oder 8 kW bewirkt im Hochleistungsbereich des Laserschneidens die Notwendigkeit, den Einsatz von Spiegelköpfen nicht nur bei CO2-Lasern, sondern auch bei Multi-kW-Strahlquellen kleinerer Wellenlänge zu forcieren. Diverse Weiterentwicklungen bei den Strahlformungskomponenten, ob Kombiköpfe zum Laserschneiden und -schweißen oder schnelle Scanneroptiken, sind mit reflektiven Spiegeln hoher Güte ausgestattet und erlauben weitreichende Perspektiven und Flexibilität hinsichtlich Leistung, Wellenlänge und letztendlich hoher Fertigungseignung.

Lutz Abram | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/produktion/trenntechnik/articles/177991/

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