Grundlagen des Laserschneidens: Leitfaden Optimale Parameter

Zuletzt aktualisiert:
Januar 24, 2024

Inhaltsverzeichnis

Zu den wichtigsten Parametern für das Laserschneiden gehören die Laserschneidleistung und -geschwindigkeit, die Brennweite der Linse und die Position des Brennpunkts, die Düsenform und der Abstand der Düse zur Werkstückoberfläche sowie die Art und der Druck des Hilfsgases.

Laserschneidleistung und Schnittgeschwindigkeit

Die Schnittgeschwindigkeit ist ein entscheidender Parameter für das Schneiden. Während des Schneidens muss die Schnittgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Laserleistung, dem Gasdruck und der Werkstückdicke bestimmt werden. Sie steigt mit zunehmender Laserleistung und Gasdruck und sinkt mit zunehmender Werkstückdicke. Beim Schneiden einer 6 mm dicken Kohlenstoffstahlplatte beträgt die Schnittgeschwindigkeit beispielsweise 2,5 m/min, während sie bei einer 12 mm dicken Kohlenstoffstahlplatte 0,8 m/min beträgt.

Brennweite und Brennpunktposition des Objektivs (Defokussierungsgrad)

Eine kleinere Linsenbrennweite führt zu einer höheren Leistungsdichte, aber zu einem flacheren Fokus, wodurch sie sich für das Hochgeschwindigkeitsschneiden von dünnen Materialien eignet. Umgekehrt führt eine größere Linsenbrennweite zu einer geringeren Leistungsdichte, aber zu einem tieferen Fokus, wodurch sie sich für das langsame Schneiden dicker Materialien eignet.

Die Auswirkung des Defokussierungsgrades auf die Schnittbreite ist in Abbildung 5-3 dargestellt. Im Allgemeinen wird der Brennpunkt so gewählt, dass er sich etwa 1/3 der Blechdicke unterhalb der Werkstückoberfläche befindet, wodurch die Schnittbreite minimiert wird.

Abbildung 5-3: Die Auswirkung des Defokussierungsgrades auf die Breite des Schnitts.

Düsenform und Abstand der Düse zum Werkstück

(1) Auswahl der Düsenform

Die Form und Größe der Düse sind entscheidende Parameter, die die Qualität und Effizienz des Laserschneidens beeinflussen. Verschiedene Schneidverfahren erfordern unterschiedliche Düsenformen. Gängige Formen für Laser-Sauerstoffschneiddüsen sind in Abbildung 5-4 dargestellt.

Abbildung 5-4: Gängige Düsenformen für das Laser-Sauerstoffschneiden

(2) Abstand der Düse zum Werkstück

Befindet sich die Düse zu nahe an der Werkstückoberfläche, beeinträchtigt dies die Fähigkeit, die aufgespritzte Schlacke wegzublasen. Ist die Düse jedoch zu weit von der Werkstückoberfläche entfernt, kann dies zu unnötigen Energieverlusten führen. Um die Schnittstabilität zu gewährleisten, wird der Abstand zwischen dem Düsenende und der Werkstückoberfläche im Allgemeinen auf 0,5 bis 2 mm eingestellt.

Arten und Druck von Assistenzgas

Bei der Verwendung von Sauerstoff als Hilfsgas für das Schneiden von kohlenstoffarmem Stahl erzeugen intensive Oxidationsreaktionen eine große Wärmemenge, wodurch sich die Schnittgeschwindigkeit und -dicke erhöht und schlackenfreie Schnitte entstehen. Zum Schneiden von rostfreiem Stahl wird häufig ein Gemisch aus Sauerstoff und Stickstoff verwendet, was zu einer besseren Schnittqualität führt als die Verwendung von Sauerstoff allein.

Ein höherer Gasdruck verbessert die Fähigkeit zur Schlackenentfernung und kann zu höheren Schnittgeschwindigkeiten führen. Ein zu hoher Druck kann jedoch zu rauen Schnittflächen führen. Tabelle 5-1 enthält die wichtigsten Parameter und Merkmale des Laserschneidens.

Tabelle 5-1: Hauptparameter und Eigenschaften des Laserschneidens

WerkstoffeWerkstückdicke (mm)Laserleistung (W)Schnittgeschwindigkeit (cm/min)SchneidgasMerkmale und Anwendungen
99% Tonerde-Keramik0.7830Kontrollierte Fraktur
kristalliner Quarz0.81360
Ferritplatte0.22.5114
Sapphire1.2127
Quarzrohr-500400 Stück pro StundeMaterialsparendes und hochwertiges Schneiden beim Schneiden von Quarzrohren, geeignet für die Herstellung von Halogenlampenrohren
Stoff-20~250500~300LuftMaterialeinsparung, hohe Schnittqualität, hohe Effizienz, selbstsichernde Kanten beim Schneiden von Stoffen, geeignet für die Herstellung von Schreibmaschinenbändern, Schirmoberflächen, Kleidung usw.
Glasrohr12.720000460LuftHochwertiges Schneiden von Glasrohren ohne Werkzeugverschleiß
Eiche1630028LuftHochwertiger Holzzuschnitt, saubere Schnittkanten, materialsparend, geeignet für die Möbelherstellung
Kiefer5020012.5Luft
Bor-Epoxidharz-Platte8.115000165LuftHohe Effizienz beim Schneiden von Bor-Epoxidharzplatten, kein Werkzeugverschleiß, geeignet für die Herstellung von Flugzeugteilen
Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt1.5
3
1.0
6.0
16.25
35
300
300
1000
1000
4000
4000
300
200
900
100
114
50
SauerstoffHochwertiges Schneiden, arbeits- und materialsparend, kann Fräsen, Stanzen und Scheren ersetzen, wird bei der Herstellung von Instrumententafeln, Wärmetauschern und Automobilteilen verwendet
30CrMnSi1.5
3.0
6.0
500
500
500
200
120
50
SauerstoffKann Fräsen, Stanzen und Scheren ersetzen, hohe Schneideffizienz, hochwertiges Schneiden, verwendet in der Herstellung von Flugzeugkomponenten, keine Schnittverformung, Material- und Arbeitsersparnis, verwendet in der Herstellung von Flugzeugkomponenten, Hubschrauberrotoren, etc.
Rostfreier Stahl0.5
2.0
3.175
1.0
1.57
6.0
4.8
6.3
12
250
250
500
1000
1000
1000
2000
2000
2000
450
25
180
800
456
80
400
150
40
SauerstoffKeine Schnittverformung, material- und arbeitssparend, Einsatz bei der Herstellung von Flugzeugteilen, Hubschrauberrotoren usw.
Titan-Legierung3.0
8.0
10.0
40.0
250
250
250
250
1300
300
280
50
SauerstoffSchnelle Schnittgeschwindigkeit, qualitativ hochwertiges Schneiden, kann Fräsen, Schleifen und chemisches Ätzen ersetzen, arbeitssparend, hohe Schneideffizienz, wird bei der Herstellung von Flugzeugkomponenten verwendet
Titanbeschichtete Aluminiumwabenplatte30350500SauerstoffKeine Schnittverformung, keine Beschädigung der Werkstückoberfläche, hohe Schnittgeschwindigkeit, Einsatz in der Fertigung von Luft- und Raumfahrtkomponenten
Beidseitig beschichtete Stahlplatte0.5~2.0350300SauerstoffArbeits- und materialsparend, beschädigt keine Oberflächenbeschichtungen beim Schneiden, wird bei der Herstellung von Klimaanlagen verwendet
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