Was sind die drei Hauptarten des Laserschneidens?

Das heute am weitesten verbreitete Verfahren in der Blechindustrie ist das Laserschneiden. Eine Laserschneidmaschine ist ein Maschinentyp, der Muster mit leistungsstarken Laserstrahlen, Verbrennung oder Verdampfung bestimmter Materialien erstellt und gestaltet. Mithilfe eines Laserstrahls werden hochpräzise Schneidwerkstücke hergestellt, mit den Vorteilen einer schnellen Schnittgeschwindigkeit, einer hohen Schnittqualität und einer hohen Schnitteffizienz. Je nach Haupttyp können Laserschneidmaschinen unterteilt werden in: CO2-Laserschneidmaschinen, Faserlaserschneidemaschinen und ND: YAG-Feststofflaserschneidemaschinen.
In diesem Artikel besprechen wir die Typen und komplexen Technologien der drei Laserschneidmaschinen, um den Lesern ein besseres Verständnis der Entwicklung und Anwendung der Laserschneidtechnologie zu ermöglichen.

Was ist Laserschneiden?

Bevor Sie den Typ des Lasergenerators unterscheiden, ist es am besten zu verstehen, was Laserschneiden ist. Beim Laserschneiden handelt es sich um einen Prozess, bei dem hochenergetische Laserstrahlen zum Schneiden und Schnitzen verwendet werden. Das Prinzip des Laserschneidens besteht darin, die Oberfläche des Werkstücks mit einem hochenergetischen Laserstrahl zu bearbeiten, der vom Lasergenerator erzeugt wird, und das optische System auf den Laserstrahl zu fokussieren, um ihn zu einem sehr kleinen Lichtfleck zu machen. Wenn der Laserstrahl auf das Werkstück trifft, wird die Lichtenergie vom Material absorbiert und in Wärmeenergie umgewandelt. Durch thermische Energie kann das Material erhitzt werden, um den Schmelzpunkt und sogar die Verdampfungstemperatur zu erreichen. Durch die Steuerung der Brennweite und Leistung des Laserstrahls kann das Material geschmolzen, verdampft oder verbrannt werden.
Abhängig von der Intensität des Lasers, der Hauptkomponente des Laserstrahls und dem Material, das auf den Laserstrahl einwirkt, kann die Lasertechnologie verschiedene Aktivitäten ausführen, darunter Schneiden, Perforieren und Ätzen. Gleichzeitig kann beim Laserschneiden auch eine dynamische Steuerung erreicht werden von Laserstrahlschneidpfaden. Mithilfe von computergestütztem Design (CAD) und Computer-CNC-Technologie (CNC) kann der erforderliche Schneidpfad in Anweisungen für Laserschneidsysteme umgewandelt werden, um einen hochpräzisen und schnellen Schneidprozess zu erreichen.

Typ der Laserschneidmaschine

Es gibt drei Arten von Laserschneidmaschinen: CO2-Laserschneidmaschine, Faserlaser-Schneidemaschine, und ND: YAG-Festkörperlaserschneidmaschine. Die meisten Methoden zur Erzeugung von Laserstrahlen basieren auf denselben grundlegenden physikalischen Konzepten, die physikalische Umsetzung unterscheidet sich jedoch von der Lasertechnologie. Jeder Lasergenerator kann kontinuierliche Wellenlängen liefern und für mehrere Zwecke verwendet werden. Obwohl Metalle in industriellen Anwendungen am häufigsten vorkommen, können auch Holz und Kunststoff mit Laserschneidern geschnitten werden. Die Typen dieser verschiedenen Laserschneidmaschinen werden im Folgenden beschrieben.

CO2-Laserschneidmaschine

Die CO2-Laserschneidmaschine ist eine der gebräuchlichsten und ältesten Laserschneidanlagen. Es verwendet CO2-Gas als Aktivierungsmedium und erzeugt durch den Lasergenerator einen CO2-Laserstrahl. Zu den Hauptmerkmalen der CO2-Laserschneidmaschine gehören:

Schnittlänge: Die Laserwellenlänge der CO2-Laserschneidmaschine beträgt etwa 10,6 Mikrometer, was für die meisten nichtmetallischen Materialien eine hohe Absorptionsrate aufweist und sich daher zum Schneiden von Holz, Kunststoff, Gummi, Papier und anderen Materialien eignet.
Schnelle Schnittgeschwindigkeit: Die Schnittgeschwindigkeit der CO2-Laserschneidmaschine bei nichtmetallischen Materialien ist sehr hoch, was die Produktionseffizienz erheblich verbessern kann.
Unterschnittdicke: Aufgrund der geringen Absorptionsrate des CO2-Lasers bei Metallmaterialien hat die CO2-Laserschneidmaschine eine begrenzte Schnittdicke bei Metallmaterialien und ist normalerweise für dünnere Metallplatten geeignet.
Die Schnittkanten sind glatt: Der Schnittbereich der CO2-Laserschneidmaschine ist groß, sodass die Schnittkanten relativ glatt sind und keine zusätzliche Nachbearbeitung benötigen.

Faserlaser-Schneidemaschine

Die Faserlaserschneidmaschine hat sich in den letzten Jahren zu einer sich schnell entwickelnden Laserschneidausrüstung entwickelt. Es nutzt einen Faserlasergenerator, um den Laserstrahl auf den Schneidkopf zu übertragen und dann das Werkstück zu schneiden. Zu den Hauptmerkmalen von Laserschneidmaschinen für optische Fasern gehören:

Kurze Wellenlänge: Die Laserwellenlänge der Faserlaserschneidmaschine beträgt normalerweise etwa 1 Mikrometer, was eine hohe Absorptionsrate für Metallmaterialien aufweist und sich daher zum Schneiden von Stahl, Aluminiumlegierungen, Kupfer und anderen Metallmaterialien eignet.
Qualität des Fernstrahls: Die Faserlaserschneidmaschine verwendet Fasern zur Übertragung des Laserstrahls, wodurch die hohe Qualität des Laserstrahls aufrechterhalten und der Schneideffekt feiner gemacht werden kann.
Schnelle Schnittgeschwindigkeit: Die Schnittgeschwindigkeit der Faserlaserschneidmaschine für Metallmaterialien ist sehr hoch, was die Produktionseffizienz erheblich verbessern kann.
Große Schnittstärke: Die Schnittstärke der Laserschneidmaschine für optische Fasern ist relativ groß und die dicke Metallplatte kann geschnitten werden.
Hohe Schnittqualität: Der thermische Einwirkungsbereich während des Schneidvorgangs der Faserlaserschneidmaschine ist klein, die Schnittqualität ist hoch und sie ist für Präzisionsschneiden geeignet.

ND: YAG-Feststofflaserschneidemaschine

ND: Der YAG-Feststofflasergenerator ist ein üblicher Lasergenerator. Als Aktivierungsmedium wird ein mit Ionen (ND3+) gemischter Cricket-Aluminium-Port-Kristall (YAG) verwendet, der durch eine Pumpquelle zur Erzeugung von Laserstrahlen angeregt wird. ND: Zu den Hauptmerkmalen des YAG-Feststofflasergenerators gehören die folgenden:

Kurze Pulsbreite: Der ND:YAG-Feststofflasergenerator kann kurze Laserpulse erzeugen, normalerweise in Nanosekunden. Dies verschafft ihm Vorteile bei Anwendungen, die eine Hochgeschwindigkeits- und Hochpräzisionsbearbeitung erfordern, wie z. B. Feinbearbeitung und Lasermarkierung.
Geringe Breite: ND: Die Laserwellenlänge des YAG-Lasergenerators ist relativ schmal, normalerweise innerhalb weniger Nanometer. Dies bringt Vorteile in einigen Anwendungen für hohe Laserwellenlängen mit sich, beispielsweise in der Lasermedizin und der Spektralanalyse.
Hohe Stabilität: Die Laserleistung kann sich innerhalb eines bestimmten Leistungsbereichs stabilisieren und weist eine geringere Schwächung der Strahlqualität auf. Dies sorgt für eine gute Leistung bei Anwendungen mit langfristiger kontinuierlicher Arbeit und wiederholter Häufigkeit.
Multifunktionale Anwendung: Der ND:YAG-Feststofflasergenerator kann durch Anpassen der Laserparameter (wie Impulsbreite, Frequenz usw.) das Schneiden, Schweißen, Stanzen, Markieren und andere Bearbeitungen verschiedener Materialien ermöglichen. Es eignet sich für die Verarbeitung von metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen und kann den Anforderungen verschiedener Branchen gerecht werden.

Unterschiede zwischen drei Laserschneidmaschinen

Abhängig von den Arbeitsprinzipien und Einsatzgebieten der Laserschneidmaschinen gibt es deutliche Unterschiede zwischen den dreien Laserschneidmaschinen. Der geeignete Typ hängt von den spezifischen Schneidanforderungen und Materialeigenschaften ab.

Wellenlänge

Die Wellenlänge des Lasers hängt nur vom Material ab, das als Verstärkungsmedium verwendet wird. Beim CO2-Lasergenerator erzeugen die CO2-Gasmoleküle eine Wellenlänge von 10.600 nm. Abhängig von den in Faserlasergeneratoren verwendeten Elementen kann die Wellenlänge eine beliebige Wellenlänge zwischen 780 und 2.200 nm sein. ND: Die Wellenlänge von Lasergeneratoren wie YAG beträgt 1064 nm, da sie alle Neodym als Verstärkungsmedium verwenden.

Leistung

Die Leistung ist ein relativ offensichtlicher Unterschied zwischen verschiedenen Arten von Laserschneidmaschinen. Der Faserlasergenerator hat einen engeren Fokus, was bedeutet, dass er im Vergleich zu Kohlendioxidlasergeneratoren eine höhere Leistungsdichte aufweist. Bei gleicher Laserleistung beträgt der Energieverbrauch des optischen Faserlasergenerators etwa ein Drittel des CO2-Lasergenerators, sodass die Betriebskosten viel niedriger sind. ND: Die Leistungsdichte des YAG-Lasergenerators ist höher als die des Faserlasergenerators, aber die Energieeffizienz ist schlecht. Bei der CO2-Lasertechnologie kann die Laserleistung zwischen Dutzenden und Hunderten von Watt liegen. Bei der optischen Faserlasertechnologie kann die Laserleistung bis zu Zehntausenden von Watt betragen.

Schnittqualität

Im Vergleich zum CO2-Lasergenerator können Faser- und ND:YAG-Lasergeneratoren glatte Schnittkanten erzeugen. Sie sind jedoch normalerweise auf dünnere Materialien beschränkt. Die Schnittgeschwindigkeit und die Gesamtlaserleistung wirken sich ebenfalls erheblich auf die Schnittqualität aus. Eine zu hohe oder zu niedrige Schnittgeschwindigkeit führt zu einer schlechten Schnittqualität. In den letzten Jahren haben die rasante Entwicklung der Glasfaserlasertechnologie und die Popularität von Hochleistungslasergeneratoren dazu geführt, dass Laserschneidmaschinen die Dickengrenze durchbrochen haben. Mit der Leistungssteigerung haben sich auch die Schnittdicke und die Effizienz der Laserschneidmaschine erhöht. Laut Statistik hat die 50-kW-Laserschneidmaschine die maximale Schnittdicke von kohlenstoffarmem Stahl und rostfreiem Stahl auf 120 mm bzw. 100 mm durchbrochen.

Preis

Obwohl die CO2-Laserschneidmaschine viel günstiger ist als die Faserlaserschneidmaschine, sind die Anschaffungs- und Wartungskosten des CO2-Lasergenerators höher, da die Laserröhre nach einer gewissen Zeit ausgetauscht werden muss. ND: Die Zuverlässigkeit des YAG-Lasergenerators ist nicht so gut wie die des Faserlasergenerators. Es muss regelmäßig teuer sein, daher sind die Betriebskosten höher.

Anwendung

Das Design und die Programmierung des Schnittmusters beeinflussen die Schnittgeschwindigkeit. Ein effizienter und optimierter Schneidweg minimiert unnötige Verfahrzeiten und optimiert den Schneidprozess für eine höhere Geschwindigkeit. Programmiertechniken wie Import, Export und optimierte Pfadsequenzierung tragen zur Maximierung der Schnittgeschwindigkeit bei.

Zusammenfassen

Die kontinuierliche Weiterentwicklung und Innovation der Laserschneidtechnologie macht die Art der Laserschneidmaschine immer vielfältiger. CO2-Laserschneidmaschinen, Glasfaserlaserschneidmaschinen und ND:YAG-Laserschneidmaschinen sind derzeit die am weitesten verbreiteten Haupttypen. Sie verfügen jeweils über einzigartige Eigenschaften und Anwendungsbereiche, die den Schneidanforderungen verschiedener Branchen gerecht werden können.
Wir hoffen, dass dieser Artikel den Lesern hilft, die wichtigsten Arten von Laserschneidmaschinen zu verstehen und geeignete Geräte für praktische Anwendungen auszuwählen. Wenn Sie auch andere Aspekte des Laserschneidens kennenlernen möchten, einschließlich der Art der benötigten Software, der Gestaltung des Laserschneidens und des Verständnisses dieser Laserschneidmaschinen, lassen Sie uns ausführlich darüber sprechen!

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