Kontinuierliches Laserschneiden: Prinzipien und Arten

Zuletzt aktualisiert:
Januar 24, 2024

Inhaltsverzeichnis

Prinzip des kontinuierlichen Laserschneidens

Wenn die Laserleistung einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, wird das geschmolzene Material durch den Luftstrom der Laserdüse in die entgegengesetzte Richtung geschleudert, während das ausgeworfene Material weiterhin Laserenergie absorbiert und ein Plasma bildet.

Dieses Plasma hat eine hohe Absorptionsrate für den Laser und schirmt einen Teil der direkten Injektion des Lasers auf die Materialoberfläche ab, wodurch die Absorption des Lasers durch das Material verringert wird, was zu einer längeren Erhitzungs- und Schmelzzeit und einem größeren Wärmeeinflussbereich führt, so dass der anfängliche Laserdurchdringungsdurchmesser relativ groß ist. Je dicker das Material ist, desto größer ist der Durchmesser des Lasereindringlochs.

Sobald der Laser in das Material eingedrungen ist, wird das an der Vorderkante der Schmelze geschmolzene Material durch den Luftstrom der Laserdüse nach vorne getrieben, und das gebildete Plasma absorbiert die Laserenergie innerhalb des Lochs (oder Schnitts), die dann durch Wärmeleitung auf den Materialgrund übertragen wird.

Dadurch wird die Absorption des Lasers durch das Material erhöht, die Erhitzungs- und Schmelzzeit verkürzt und die wärmebeeinflusste Fläche verkleinert, was zu einem schmaleren Schnitt führt.

Klassifizierung des kontinuierlichen Laserschneidens

(1) Verdampfungsschneiden

Wenn die auf die Materialoberfläche fokussierte Laserleistungsdichte extrem hoch ist, steigt die Temperatur der Materialoberfläche im Vergleich zur Wärmeleitung sehr schnell an und erreicht direkt die Verdampfungstemperatur, ohne zu schmelzen.

Das Femtosekundenlaserschneiden aller Materialien fällt unter das Verdampfungsschneiden, während das Nanosekunden- oder Dauerlaserschneiden nur beim Schneiden von Materialien mit niedrigen Verdampfungstemperaturen (z. B. Holz, Kohlenstoffmaterialien und bestimmte Kunststoffe) als Verdampfungsschneiden gilt.

(2) Sauerstoffunterstütztes Schmelzschneiden

Wenn beim Laserschneiden von Metallwerkstoffen Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gemisch als unterstützendes Gas eingeblasen wird, kommt es zu einer exothermen Reaktion des erhitzten Metallwerkstoffs, bei der neben der Laserenergie eine weitere Wärmequelle entsteht - die durch die chemische Reaktion des Metalls erzeugte Wärme. Beide Wärmequellen wirken zusammen, um das Material zu schmelzen und zu schneiden, was als sauerstoffunterstütztes Schmelzschneiden bezeichnet wird.

(3) Sauerstofffreies Schmelzschneiden

Wenn beim Schneiden von Materialien mit einem Laser ein Inertgas eingeblasen wird, kommt das geschmolzene Material nicht mit dem Luftsauerstoff in Berührung, so dass es zu keiner chemischen Reaktion kommt; daher spricht man vom sauerstofffreien Schmelzschneiden.

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