Verschiedene Schneidmethoden der Laserschneidmaschine

Das Laserschneiden ist ein berührungsloses Bearbeitungsverfahren mit hoher Energie und guter Dichtesteuerbarkeit. Der Laserspot mit hoher Energiedichte entsteht nach der Fokussierung des Laserstrahls, der beim Schneiden viele Eigenschaften hat. Es gibt vier verschiedene Arten des Laserschneidens, um unterschiedliche Situationen zu bewältigen.

1.Schmelzschneiden 

Beim Laserschmelzschneiden wird das geschmolzene Material mittels Luftstrom ausgestoßen, nachdem das Werkstück lokal aufgeschmolzen wurde. Da die Materialübertragung nur im flüssigen Zustand erfolgt, wird dieser Vorgang als Laserschmelzschneiden bezeichnet.
Der Laserstrahl mit hochreinem inertem Schneidgas lässt das geschmolzene Material den Spalt verlassen, während das Gas selbst nicht am Schneiden beteiligt ist. Laserschmelzschneiden kann eine höhere Schnittgeschwindigkeit erreichen als Vergasungsschneiden. Die für die Vergasung benötigte Energie ist in der Regel höher als die Energie, die zum Aufschmelzen des Materials benötigt wird. Beim Laserschmelzschneiden wird der Laserstrahl nur teilweise absorbiert. Die maximale Schnittgeschwindigkeit steigt mit steigender Laserleistung und sinkt fast umgekehrt mit steigender Blechdicke und Materialschmelztemperatur. Bei einer bestimmten Laserleistung ist der limitierende Faktor der Luftdruck am Spalt und die Wärmeleitfähigkeit des Materials. Bei Eisen- und Titanwerkstoffen kann das Laserschmelzschneiden nicht-oxidierende Kerben erzielen. Bei Stahlwerkstoffen liegt die Laserleistungsdichte zwischen 104W/cm2 und 105W/cm2.

2.Verdampfungsschneiden

Beim Laservergasungsschneiden ist die Geschwindigkeit, mit der die Materialoberflächentemperatur auf die Siedetemperatur ansteigt, so schnell, dass das durch Wärmeleitung verursachte Schmelzen vermieden werden kann, sodass einige Materialien zu Dampf verdampfen und verschwinden, und einige Materialien werden von der Unterseite der Schneidnaht durch Hilfsgasströmung als Ejekta. Dabei ist eine sehr hohe Laserleistung erforderlich.

Um zu verhindern, dass der Materialdampf an der Spaltwand kondensiert, darf die Materialstärke nicht viel größer sein als der Durchmesser des Laserstrahls. Dieses Verfahren ist daher nur für Anwendungen geeignet, bei denen die Eliminierung von aufgeschmolzenen Materialien vermieden werden muss. Tatsächlich findet das Verfahren nur in einem sehr kleinen Anwendungsgebiet von Eisenbasislegierungen Anwendung.

Das Verfahren kann nicht für Materialien wie Holz und einige Keramiken verwendet werden, die sich nicht in einem geschmolzenen Zustand befinden und die eine Rekombination des Materialdampfs wahrscheinlich nicht zulassen. Außerdem müssen diese Materialien meist einen dickeren Schnitt erreichen. Beim Laservergasungsschneiden hängt die optimale Strahlfokussierung von der Materialstärke und Strahlqualität ab. Laserleistung und Verdampfungswärme haben nur einen gewissen Einfluss auf die optimale Fokuslage. Die maximale Schnittgeschwindigkeit ist umgekehrt proportional zur Vergasungstemperatur des Materials, wenn die Dicke der Platte festgelegt ist. Die erforderliche Laserleistungsdichte ist größer als 108W / cm2 und hängt von Material, Schnitttiefe und Strahlfokusposition ab. Bei einer bestimmten Dicke der Platte wird bei ausreichender Laserleistung die maximale Schnittgeschwindigkeit durch die Gasstrahlgeschwindigkeit begrenzt.

3. Kontrolliertes Frakturschneiden

Bei spröden Materialien, die leicht durch Hitze beschädigt werden können, wird das schnelle und kontrollierbare Schneiden durch Laserstrahlerwärmung als kontrolliertes Bruchschneiden bezeichnet. Der Hauptinhalt dieses Schneidprozesses ist: Der Laserstrahl erhitzt einen kleinen Bereich des spröden Materials, was einen großen Temperaturgradienten und eine starke mechanische Verformung in diesem Bereich verursacht, die zur Bildung von Rissen im Material führt. Solange der gleichmäßige Erwärmungsgradient aufrechterhalten wird, kann der Laserstrahl die Rissbildung in jede gewünschte Richtung lenken.

4. Oxidationsschmelzschneiden (Laserbrennschneiden)

Zum Schmelzen und Schneiden wird im Allgemeinen Inertgas verwendet. Wenn stattdessen Sauerstoff oder ein anderes aktives Gas verwendet wird, wird das Material unter der Bestrahlung des Laserstrahls entzündet und eine andere Wärmequelle wird aufgrund der intensiven chemischen Reaktion mit Sauerstoff erzeugt, um das Material weiter zu erhitzen, was als Oxidationsschmelzen und -schneiden bezeichnet wird .

Aufgrund dieses Effekts kann die Schnittgeschwindigkeit von Baustahl bei gleicher Dicke höher sein als die des Schmelzschneidens. Andererseits kann die Qualität des Einschnitts schlechter sein als die des Schmelzschneidens. Tatsächlich erzeugt es breitere Schlitze, offensichtliche Rauheit, eine erhöhte Wärmeeinflusszone und eine schlechtere Kantenqualität. Laserbrennschneiden eignet sich nicht für die Bearbeitung von Präzisionsmodellen und scharfen Ecken (es besteht Verbrennungsgefahr an den scharfen Ecken). Laser im Pulsmodus können verwendet werden, um thermische Effekte zu begrenzen, und die Leistung des Lasers bestimmt die Schnittgeschwindigkeit. Bei einer bestimmten Laserleistung ist der limitierende Faktor die Sauerstoffzufuhr und die Wärmeleitfähigkeit des Materials.


Postzeit: 21. Dezember 2020