Faserlaserschneiden im Vergleich zum herkömmlichen Metallschneiden

Faserlaserschneiden im Vergleich zum traditionellen Metallschneiden

Laser-Schneide-Maschine ist seit den 1960er Jahren Teil des Industriebetriebs. Mit der Entwicklung der Lasertechnologie sind hohe Präzision, hohe Geschwindigkeit und Vielseitigkeit zu den Hauptvorteilen des Laserschneidverfahrens geworden, wodurch das Laserschneiden im industriellen Bereich immer wichtiger wird. Vor der Technologie des Faserlaserschneidens gab es eine Vielzahl traditioneller Metallschneidverfahren, die jeweils in unterschiedlichen Bereichen mit ihren eigenen Eigenschaften eine wichtige Rolle spielten. Während die Entwicklung der Faserlaser-Schneidtechnologie allmählich voranschreitet, stellt sich die Frage: Wie wählen wir geeignete Schneidausrüstung aus, wenn wir uns mit Metallschneideprojekten befassen? Hier wird die fortschrittliche Faserlaserschneidtechnologie vorgestellt und mit den anderen drei wichtigsten traditionellen Metallschneidverfahren verglichen. Wenn Sie die Eigenschaften dieser Metallschneideprozesse verstehen, können Sie das richtige Schneidwerkzeug für Ihr Projekt auswählen.

Verständnis der Faserlaser-Schneidtechnologie

Beim Faserlaserschneiden handelt es sich um eine Technologie, bei der ein Hochleistungslaser zum präzisen Schneiden von Metallmaterialien eingesetzt wird. Aufgrund seiner Präzision, Geschwindigkeit und Vielseitigkeit hat es an Popularität gewonnen. Bevor wir es mit anderen herkömmlichen Metallschneidverfahren vergleichen, wollen wir zunächst dieses fortschrittliche Verfahren verstehen. Hier sind einige wichtige Aspekte, die Ihnen helfen sollen, die Faserlaserschneidtechnologie zu verstehen:

Wie funktioniert das Faserlaserschneiden?

Faserlasergeneratoren verstärken den Strahl mithilfe speziell entwickelter Glasfasern, die Energie aus Pumpdioden gewinnen. Wenn dieser leistungsstarke Laser auf die Oberfläche eines Materials trifft, wird das hochintensive Licht absorbiert und in Wärme umgewandelt, die die Oberfläche schmilzt. Ein Hochgeschwindigkeitsluftstrom parallel zum Laserstrahl wird verwendet, um geschmolzenes Material wegzublasen und so das Werkstück zu schneiden.
Der erste Kontaktpunkt des Faserlaserstrahls mit dem Material muss intensiver sein als nachfolgende Wechselwirkungen, da dieser erste Kontakt das Material durchdringen und nicht nur schneiden muss, was den Einsatz gepulster Hochleistungsstrahlen erfordert. Typischerweise nutzen Faserlaser-Schneidemaschinen computergestützte numerische Steuerungstechnologie, die den Empfang von Schnittdaten von einer Workstation für computergestütztes Design ermöglicht. Diese Techniken helfen dabei, die Oberfläche des Materials oder den Laser selbst zu steuern, um ein bestimmtes Muster oder Design zu erzeugen.

Welche Materialien können mit dem Faserlaserschneidverfahren bearbeitet werden?

Faserlaser-Schneidemaschine ist bekannt für seine hohe Effizienz und Vielseitigkeit, insbesondere beim Schneiden verschiedener Metallmaterialien. Die hohe Leistungsdichte der Faserlaserschneidmaschine kann diese Metalle präzise und schnell schneiden:

Edelstahl: Faserlaser können verschiedene Edelstahlsorten mit hervorragender Kantenqualität und minimaler thermischer Verformung schneiden. Dieser Stahl wird häufig in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt- und Bauindustrie verwendet.
Weichstahl: Das Faserlaserschneiden ist ideal für Weichstahlbleche und -platten unterschiedlicher Dicke, die häufig in verschiedenen Strukturanwendungen und in der allgemeinen Fertigung eingesetzt werden.
Aluminium: Das Faserlaserschneidverfahren eignet sich ideal zum Schneiden von Aluminiumblechen und -legierungen, die häufig in der Luft- und Raumfahrt sowie im Automobilbereich verwendet werden.
Kupfer: Kupfer ist ein hochleitfähiges Metall, das sich mit einem Faserlasergenerator gut schneiden lässt und sich daher für die Herstellung und Verarbeitung von elektrischen Bauteilen, Rohren und dekorativen Komponenten eignet.
Messing: Faserlaser können Messing präzise schneiden, eine Metalllegierung, die für ihre dekorativen Anwendungen bekannt ist.
Verzinkter Stahl: Faserlasergeneratoren können verzinkten Stahl schneiden, der üblicherweise im Bauwesen und in der Fertigung verwendet wird.
Titan: Faserlasergeneratoren können Titan schneiden, ein leichtes und dennoch starkes Metall, das in der Luft- und Raumfahrt- und Medizinindustrie verwendet wird.
Andere Metalllegierungen: Mit dem Faserlaserschneidverfahren lassen sich verschiedene Metalllegierungen für spezielle Anwendungen schneiden, wodurch sich deren Einsatzmöglichkeiten in zahlreichen Branchen erweitern.

Was sind die traditionellen Metallschneideverfahren?

Bevor die Faserlaserschneidtechnologie weit verbreitet war, bildeten mehrere traditionelle Metallschneidverfahren die Grundlage der Fertigung. Hier sind drei gängige traditionelle Metallschneidtechniken.

Plasmaschneiden

Plasmaschneiden ist ein thermisches Schneidverfahren, bei dem ein Plasmalichtbogen zum Schmelzen und Schneiden von Metall verwendet wird. Bei diesem Verfahren wird ein Hochgeschwindigkeitsstrahl ionisierten Gases (Plasma) auf das Werkstück aufgetragen und so ein kontrollierter und fokussierter Schneidlichtbogen erzeugt. Die Plasmaschneidanlage besteht aus einem Plasmaschneidbrenner, der mit einer Düse ausgestattet ist, durch die der Plasmastrahl geleitet wird. Der Brenner umfasst außerdem eine Elektrode und einen Wirbelring, die zur Steuerung und Stabilisierung des Plasmalichtbogens beitragen. Plasmaschneiden wird häufig zum Schneiden einer Vielzahl leitfähiger Materialien eingesetzt, darunter Stahl, Edelstahl, Aluminium, Kupfer und andere Metalle.

Wasserstrahlschneiden

Beim Wasserstrahlschneiden handelt es sich um einen Bearbeitungsprozess, bei dem ein Hochdruckwasserstrahl oder eine Mischung aus Wasser und Schleifmittel zum Schneiden verschiedener Materialien eingesetzt wird. Diese Technik wird häufig zum Präzisionsschneiden von Materialien verwendet, die möglicherweise empfindlich auf hohe Temperaturen reagieren, die durch andere Methoden wie Laser- oder Plasmaschneiden erzeugt werden. Es gibt zwei Hauptarten des Wasserstrahlschneidens:

Reines Wasserstrahlschneiden: Bei dieser Methode wird ein fokussierter Wasserstrahl verwendet, um weichere Materialien wie Gummi, Schaumstoff und bestimmte Kunststoffe zu schneiden. Das reine Wasserstrahlschneiden ist ideal für Materialien, die keine zusätzliche Schneidkraft durch abrasive Partikel erfordern.
Abrasives Wasserstrahlschneiden: Bei diesem Verfahren werden dem Wasserstrahl abrasive Partikel (normalerweise Granat) beigemischt, um die Schneidkraft zu erhöhen. Dadurch können abrasive Wasserstrahlen härtere Materialien wie Metall, Stein, Keramik und Verbundwerkstoffe durchschneiden. Die abrasiven Partikel im Wasserstrahl dienen dazu, das Material zu erodieren und durchzuschneiden. In diesem Artikel sprechen wir über diese Art des abrasiven Wasserstrahlschneidens zum Metallschneiden.

Zu den Grundkomponenten eines Wasserstrahlschneidsystems gehören eine Hochdruckpumpe, eine Düse, eine Mischkammer (für abrasive Wasserstrahlen) und ein CNC-System (Computer Numerical Control). Das CNC-System steuert die Bewegung der Wasserstrahldüse, um einem bestimmten Schnittpfad zu folgen und so präzise und komplizierte Formen zu erzeugen.

Brennschneiden

Das Brennschneiden, auch Autogenschneiden genannt, ist ein thermisches Schneidverfahren, bei dem die durch die Verbrennung von Gas und Sauerstoff erzeugte Wärme zum Schneiden von Metall genutzt wird. Es eignet sich besonders zum Schneiden von Eisenmetallen und kann manuell oder mit einem CNC-System zum automatischen Schneiden verwendet werden. Der Brennschneidprozess umfasst die folgenden Schritte:

Vorwärmen: Das Metall wird auf eine Temperatur knapp unter seinem Schmelzpunkt vorgewärmt. Dies geschieht, indem die Flamme auf die Metalloberfläche gerichtet wird. Durch das Vorwärmen wird die für den Schneidvorgang benötigte Sauerstoffmenge reduziert.
Schneiden: Sobald das Metall ausreichend vorgewärmt ist, wird ein Sauerstoffstrahl auf das vorgewärmte Metall gerichtet. Der Hochdruck-Sauerstoffstrahl reagiert mit dem Metall und bildet Eisenoxid oder Schlacke. Durch die exotherme Reaktion wird zusätzliche Wärme freigesetzt, wodurch das Metall schmilzt. Das geschmolzene Metall wird dann durch die Kraft des Sauerstoffstrahls weggeblasen, wodurch ein Schnitt entsteht.

Faserlaserschneiden im Vergleich zu herkömmlichen Metallschneidverfahren

Faserlaserschneiden und herkömmliche Metallschneidverfahren wie Plasmaschneiden, Wasserstrahlschneiden und Brennschneidverfahren weisen deutliche Unterschiede in Bezug auf Kosten, Effizienz, Präzision und Anwendungsbereich auf. Hier ist ein Vergleich zwischen Faserlaserschneiden und herkömmlichen Metallschneidverfahren:

Funktionsprinzip

Faserlaserschneiden: Bei diesem Verfahren wird ein Hochleistungslaserstrahl verwendet, der von einer Faserlaserquelle erzeugt wird. Der Laserstrahl wird fokussiert und auf das zu schneidende Material gerichtet, wodurch es entlang der vorgegebenen Schneidbahn geschmolzen oder verdampft wird.
Plasmaschneiden: Hierbei wird ein Hochgeschwindigkeitsstrahl aus ionisiertem Gas (Plasma) zum Schmelzen und Entfernen von Material verwendet. Das Plasma wird erzeugt, indem ein elektrischer Lichtbogen durch ein Gas geleitet wird.
Wasserstrahlschneiden: Beim Wasserstrahlschneiden wird ein Hochdruckwasserstrahl (manchmal gemischt mit einem abrasiven Material wie Granat) verwendet, um Materialien zu durchtrennen. Der abrasive Wasserstrahl kann durch Erosion und nicht durch Schmelzen eine Vielzahl von Materialien durchschneiden.
Brennschneiden: Verwendet eine Hochtemperaturflamme (typischerweise Autogenbrennstoff), um das Material bis zum Zündpunkt zu erhitzen. Anschließend wird ein Sauerstoffstrom auf das erhitzte Material gerichtet, wodurch es oxidiert und als Schlacke weggeblasen wird.

Materialkompatibilität

Faserlaserschneiden: Vielseitig und zum Schneiden einer Vielzahl von Materialien geeignet, darunter Metalle wie Stahl, Aluminium, Kupfer und Messing. Es eignet sich besonders für dünne bis mitteldicke Metalle.
Plasmaschneiden: Gut geeignet für eine Vielzahl leitfähiger Materialien, einschließlich Eisen- und Nichteisenmetalle. Es ist besonders effektiv zum Schneiden dicker Materialien.
Wasserstrahlschneiden: Vielseitig und kann eine Vielzahl von Materialien schneiden, darunter Metalle, Kunststoffe, Verbundwerkstoffe, Stein, Glas und Keramik.
Brennschneiden: Wird häufig zum Schneiden dickerer Metalle, insbesondere Kohlenstoffstahl, verwendet. Weniger effektiv zum Schneiden von Nichteisenmetallen wie Aluminium und Edelstahl.

Präzisionsfähigkeit

Faserlaserschneiden: Bietet hohe Präzision und Genauigkeit, insbesondere für komplizierte und detaillierte Schnitte. Der fokussierte Laserstrahl ermöglicht eine genaue Kontrolle des Schneidvorgangs, ermöglicht feine Toleranzen und erzeugt glatte Kanten.
Plasmaschneiden: Bietet im Allgemeinen eine gute Präzision, die Schnittqualität ist jedoch möglicherweise nicht so hoch wie die des Laserschneidens, insbesondere im Hinblick auf Kantenglätte und Details.
Wasserstrahlschneiden: Bietet gute Präzision, insbesondere bei dickeren Materialien, aber die Präzision kann durch Faktoren wie Materialdicke und Schnittgeschwindigkeit beeinflusst werden.
Brennschneiden: Bietet im Allgemeinen eine geringere Präzision im Vergleich zum Laserschneiden. Bestens geeignet für Anwendungen, bei denen Präzision keine entscheidende Anforderung ist, beispielsweise bei der Herstellung von Baustahl.

Geschwindigkeitsfähigkeit

Faserlaserschneiden: Im Allgemeinen schneller als viele herkömmliche Methoden, insbesondere für dünne bis mitteldicke Materialien. Die Geschwindigkeit des Laserschneidens wird durch Faktoren wie Laserleistung und Materialtyp beeinflusst.
Plasmaschneiden: Obwohl es insbesondere bei dicken Materialien schnell sein kann, kann es beim Plasmaschneiden im Vergleich zum Laserschneiden zu Geschwindigkeitseinschränkungen kommen.
Wasserstrahlschneiden: Langsamer als Laserschneiden, insbesondere bei dicken Materialien. Die Schnittgeschwindigkeit kann durch Faktoren wie Materialart und -dicke beeinflusst werden.
Brennschneiden: Langsamer im Vergleich zum Laserschneiden, insbesondere bei dickeren Materialien. Die Schnittgeschwindigkeit kann je nach Materialstärke variieren.

Dickenfähigkeit

Faserlaserschneiden: Effektiv sowohl für dünne als auch für dicke Materialien, bei extrem dicken Abschnitten kann es jedoch zu Einschränkungen kommen.
Plasmaschneiden: Bekannt für seine Fähigkeit, dicke Metalle zu durchschneiden, was es zur bevorzugten Wahl für Anwendungen macht, die eine hohe Schneidleistung erfordern.
Wasserstrahlschneiden: Es kann effektiv dicke Metalle durchschneiden, die spezifischen Fähigkeiten hängen jedoch von den Materialeigenschaften ab. Dickere Materialien erfordern möglicherweise langsamere Schnittgeschwindigkeiten, um ein ordnungsgemäßes Eindringen zu gewährleisten.
Brennschneiden: Begrenzt in Bezug auf die Materialien und am effektivsten zum Schneiden von dickem Kohlenstoffstahl.

Wärmeeinflusszone (HAZ)

Faserlaserschneiden: Erzeugt im Vergleich zu herkömmlichen Methoden eine kleinere Wärmeeinflusszone und minimiert so das Risiko von Materialverzerrungen oder -verwerfungen.
Plasmaschneiden: Führt im Allgemeinen zu einer größeren HAZ, die sich insbesondere in dünneren Abschnitten auf die Materialeigenschaften auswirken kann.
Wasserstrahlschneiden: Hinterlässt eine glatte Kante, der Schnitt kann jedoch eine leichte Verjüngung aufweisen. Der Prozess gilt als Kaltschneiden, was zu minimalen Wärmeeinflusszonen führt.
Brennschneiden: Erzeugt eine größere Wärmeeinflusszone, was zu einer stärkeren thermischen Verformung führen kann.

Betriebskosten

Faserlaserschneiden: Dies kann höhere Anfangsinvestitionskosten mit sich bringen, aber aufgrund der Energieeffizienz und der minimalen Verbrauchsmaterialien auf lange Sicht im Allgemeinen niedrigere Betriebskosten.
Plasmaschneiden: Die Anschaffungskosten sind in der Regel geringer, es können jedoch höhere laufende Kosten für Verbrauchsmaterialien wie Elektroden und Gase anfallen.
Wasserstrahlschneiden: Dies kann im Hinblick auf die Betriebskosten teurer sein, insbesondere aufgrund der Hochdruckwasserpumpe und des abrasiven Materials.
Brennschneiden: Geringere Anfangsinvestition, aber die Betriebskosten können aufgrund des Verbrauchs von Brenngasen höher sein.

Zusammenfassen

Als hochentwickelte Schneidwerkzeuge werden Faserlaserschneidmaschinen aufgrund ihrer Genauigkeit, Geschwindigkeit und Vielseitigkeit bei unterschiedlichen Materialien und Dicken bevorzugt und haben in vielen Bereichen begonnen, herkömmliche Metallschneidegeräte nach und nach zu ersetzen. Dies bedeutet jedoch nicht, dass traditionelle Schneidverfahren vollständig den Markt verlieren werden. Jede Methode hat ihre eigenen Vorteile.
Faserlaserschneiden zeichnet sich tendenziell durch Genauigkeit, Geschwindigkeit und Vielseitigkeit bei dünnen bis mitteldicken Materialien aus. Plasmaschneiden eignet sich für die Bearbeitung dicker Metallwerkstücke, die keine hohe Präzision erfordern. Wasserstrahlschneiden eignet sich für die Bearbeitung von Werkstücken, die eine minimale Wärmeeinflusszone erfordern. und Brennschneiden eignet sich möglicherweise besser für dickere Kohlenstoffstahlabschnitte. Beim Einsatz der Faserlaser-Schneidetechnik sind Effizienz und Präzision oft Faktoren, auf die Unternehmen Wert legen. Beim Einsatz herkömmlicher Schneidverfahren steht die Genauigkeit nicht im Vordergrund und Kostenerwägungen spielen eine wichtige Rolle. Letztendlich hängt die Wahl zwischen ihnen von spezifischen Anforderungen, der Materialart und Budgetüberlegungen ab.
Bei AccTek-LaserWir bieten Benutzern verschiedene Arten von Faserlaserschneidgeräten an, darunter Laserschneidmaschinen für Metallplatten, Rohrlaserschneidmaschinen und Platten- und Rohrlaserschneidmaschinen mit Leistungsoptionen von 1 kW bis 30 kW. Darüber hinaus gibt es zahlreiche optionale Zubehörteile, um den Schneidanforderungen verschiedener Anwendungsszenarien gerecht zu werden. Um mehr über Faserlaserschneidlösungen zu erfahren, kontaktieren Sie uns noch heute.

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