Welche verschiedenen Arten von Laserschneidmaschinen gibt es auf dem Markt?

Laserschneiden ist seit den 1960er Jahren Teil der industriellen Abläufe. Mit der Entwicklung der Lasertechnologie sind hohe Präzision, hohe Geschwindigkeit und Vielseitigkeit zu einem großen Vorteil des Laserschneidverfahrens geworden, was das Laserschneiden im industriellen Bereich immer wichtiger macht. Aufgrund ihrer einzigartigen Konstruktion und ihres Zwecks ist eine Laserschneidmaschine äußerst präzise, insbesondere beim Schneiden filigraner Designs und kleiner Löcher. Je nach Art des Lasergenerators unterteilen wir die Laser-Schneide-Maschine in drei Typen: CO2-Laserschneidmaschine, Faserlaser-Schneidemaschineund YAG/YVO-Laserschneidmaschine. In diesem Artikel besprechen wir diese drei Arten von Laserschneidmaschinen und ihre Eigenschaften.

CO2-Laser-Schneidemaschine

CO2-Laserschneidmaschinen werden häufig zum Schneiden und Gravieren nichtmetallischer Materialien eingesetzt. Abhängig von der Laserleistung unterscheiden sich auch die Materialarten und -stärken, die CO2-Laserschneidmaschinen schneiden können. Derzeit ist dieses Laserschneidgerät eine beliebte Wahl für kleine Unternehmen, Schulen, Holzarbeiter und Bastler.

Arbeitsprinzip

CO2-Laserschneidmaschinen erzeugen normalerweise einen Laserstrahl in einer gasgefüllten, versiegelten Glasröhre. Eine Hochspannung fließt durch die Röhren und reagiert mit den Gaspartikeln, wodurch ihre Energie erhöht wird und Licht entsteht. An jedem Ende der Röhre befinden sich Spiegel. Durch die Brechung mehrerer Spiegel wird das Licht zum Laserkopf übertragen, und dann bündelt die am Laserkopf installierte Fokussierlinse das Licht zu einem Punkt. Es erreicht eine sehr hohe Temperatur, sodass das Material sofort zu Gas sublimiert und vom Abluftventilator abgesaugt wird, um den Zweck des Schneidens des Materials zu erreichen.
CO2-Lasergeneratoren erzeugen unsichtbares Licht im fernen Infrarotbereich des Spektrums mit einer Wellenlänge von 9,6 μm bis 10,6 μm. Das Gasgemisch im Inneren der Röhre besteht normalerweise aus Kohlendioxid, Stickstoff, Wasserstoff und Helium. Die Fähigkeit des Lasers, sich bei jedem Durchgang des Laserkopfes sehr schnell ein- und auszuschalten, ermöglicht es der Maschine, einige äußerst komplizierte Designs zu schneiden.

Welche Materialien können verarbeitet werden?

Da die Strahlwellenlänge des CO2-Lasergenerators 10,64 µm beträgt und von nichtmetallischen Materialien leicht absorbiert wird, ist er dafür bekannt, verschiedene nichtmetallische Materialien präzise und sorgfältig zu schneiden. Für die Bearbeitung mit einer CO2-Laserschneidmaschine geeignete Materialien sind unter anderem:

Holz und Sperrholz: Es kann Holz und Sperrholz schneiden und ist daher in der Holz- und Handwerksindustrie beliebt.
Acryl: Es sorgt für einen sauberen, polierten Schnitt auf Acrylplatten, die häufig für Beschilderungen, Displays und Kunstanwendungen verwendet werden.
Kunststoff: Es können alle Arten von Kunststoffen, einschließlich Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polyvinylchlorid (PVC) usw., für die Schilderherstellung, Verpackung und Fertigung geschnitten werden.
Leder: Es ermöglicht komplizierte Schnitte in Leder für Handwerks-, Mode- und Polsterzwecke.
Stoffe und Textilien: Es wird in der Textilindustrie zum Schneiden komplizierter Muster und Designs auf Stoffen und anderen Textilien verwendet.
Papier und Karton: Es eignet sich ideal für feine Schnitte in Papier und Karton für Verpackungen, Kartenherstellung und andere Anwendungen.
Gummi: Es kann Gummimaterialien schneiden, die für Dichtungen und andere Industriekomponenten für verschiedene Industrie- und Fertigungsanwendungen verwendet werden.
Edelstahl und Kohlenstoffstahl: Es kann auch dünne Edelstahl- und Kohlenstoffstahlplatten schneiden, weist jedoch im Vergleich zu Faserlaserschneidmaschinen Einschränkungen auf und wird häufiger bei Metallschneidanwendungen mit geringer Leistung eingesetzt.

Vorteile

Hohe Schnittqualität: Die CO2-Laserschneidmaschine verwendet ein berührungsloses Verarbeitungsverfahren, die Schneide wird weniger durch Hitze beeinflusst und die Verformung des Werkstücks wird reduziert. Insbesondere bei weichen Materialien wie Leder und Stoff kann das beim Schneiden entstehende Durchhängen vermieden werden und erfordert im Allgemeinen keine Nachbearbeitung.
Hohe Schnittflexibilität: Die Laserbearbeitung ist flexibel und kann jedes Muster verarbeiten.
Schnelle Schnittgeschwindigkeit: Die Schnittgeschwindigkeit kann 10 m/min erreichen und die maximale Positionierungsgeschwindigkeit kann 70 m/min erreichen.
Hohe Schnittgenauigkeit: Positionierungsgenauigkeit 0,05 mm, Wiederholpositionierungsgenauigkeit 0,02 mm.
Günstiger Maschinenpreis: Kleine CO2-Laserschneidmaschinen kosten in der Regel nur 3.000 US-Dollar, große CO2-Laserschneidmaschinen kosten nur 5.000 US-Dollar. Dies ist ein erschwingliches Budget für ein kleines Unternehmen.

CO2-Laserschneidmaschinen eignen sich ideal zum Gravieren und Schneiden nichtmetallischer Materialien, wodurch bessere Kantenergebnisse erzielt werden können als beim mechanischen Schneiden. Insbesondere in kleinen Unternehmen ist die Investition in eine CO2-Laserschneidmaschine nicht mit allzu hohen Kosten verbunden, kann aber auch die Produktionseffizienz verbessern und die Arbeitskosten für das Unternehmen senken.

Nachteile

Hohe Wartungskosten: Die Linse der CO2-Laserschneidmaschine muss regelmäßig gewartet und ausgetauscht werden.
Geringe photoelektrische Umwandlungseffizienz: Die elektrooptische Umwandlungsrate von CO2-Lasergeneratoren beträgt nur etwa 10%.
Begrenztes Schneiden von Metallmaterialien: CO2-Laserschneiden von Edelstahl und Kohlenstoffstahl wird durch die Wellenlänge des Laserstrahls beeinflusst und weist eine geringe Effizienz und schlechte Qualität auf und kann nur für Produkte verwendet werden, die keine hohe Schnittgeschwindigkeit und Schnittqualität erfordern. Außer Edelstahl und Kohlenstoffstahl können CO2-Laserschneidmaschinen keine anderen Arten von Metallmaterialien verarbeiten.

Obwohl CO2-Laserschneidmaschinen einige Nachteile haben, ist der CO2-Lasergenerator im Vergleich zum mechanischen Schneiden nichtmetallischer Materialien immer noch eine kostengünstige Option.

Faserlaser-Schneidemaschine

Die Faserlaserschneidmaschine ist die neueste Art von Laserschneidgeräten im industriellen Bereich und bietet der Metallverarbeitungsindustrie beispiellose Geschwindigkeit und Präzision. Die Faserlaserschneidmaschine kann sowohl Flachschnitte als auch Schrägschnitte durchführen und eignet sich für die hochpräzise Bearbeitung von Blechen. Derzeit wird die Faserlaserschneidtechnologie in einer Reihe von Infrastruktur- und Fertigungsanwendungen häufig eingesetzt.

Arbeitsprinzip

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 Faserlasergenerators 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 verarbeitet werden?

Faserlaserschneidmaschinen sind für ihre hohe Effizienz und Vielseitigkeit bekannt, insbesondere beim Schneiden verschiedener Metallmaterialien. Die hohe Leistungsdichte von Faserlasern kann diese Metalle präzise und schnell schneiden:

Edelstahl: Faserlasergeneratoren 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: Faserlasergeneratoren eignen sich ideal zum Schneiden von Weichstahlblechen und -platten unterschiedlicher Dicke, die häufig in verschiedenen Strukturanwendungen und in der allgemeinen Fertigung eingesetzt werden.
Aluminium: Faserlasergeneratoren eignen sich ideal zum Schneiden von Aluminiumblechen und -legierungen, die häufig in Luft- und Raumfahrt- und Automobilanwendungen eingesetzt 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: Faserlasergeneratoren sind in der Lage, verschiedene Metalllegierungen zu schneiden, die in speziellen Anwendungen verwendet werden, und erweitern so ihre Anwendung in verschiedenen Branchen.

Vorteile

Geringe Wartungskosten: Faserlasergeneratoren sind in der Regel wartungsfrei und haben eine lange Lebensdauer, mindestens 25.000 Stunden. Daher ist der Lebenszyklus von Faserlasergeneratoren viel länger als bei den beiden anderen Typen.
Starke fotoelektrische Umwandlungsfähigkeit: Die Umwandlungsrate von elektrisch zu optisch kann bei Faserlasergeneratoren bis zu 50% erreichen, was mehr als dem Dreifachen der von CO2-Lasergeneratoren entspricht, und verbraucht bei gleicher Leistung weniger Strom.
Hohe Schneideffizienz: Der Faserlasergenerator wird weniger von der Umwelt beeinflusst, kann in kurzer Zeit eine hohe Energieabgabe erzielen und die Schneidgeschwindigkeit ist hoch. Es sind keine Werkzeuge erforderlich, um das Blech während des Blechschneidens zu halten, was die Schneideffizienz erhöht, indem Rüst- und Ausfallzeiten reduziert werden.
Hohe Schnittqualität: Es wird berührungsloses Schneiden angewendet, der Wärmeeinflussbereich der Schnittnaht ist klein, die Schnittnaht liegt zwischen 0,1 und 0,2 mm, der Metallabschnitt weist nach dem Schneiden kein Grat- und Schlackenphänomen auf und ist im Allgemeinen nicht erforderlich Sekundärverarbeitung.

Faserlaserschneidmaschinen bieten unübertroffene Leistung bei der Metallverarbeitung und schneiden mit Präzision und Genauigkeit, um die besten Ergebnisse zu erzielen. Beim Faserlaserschneiden lassen sich qualitativ hochwertige Ergebnisse mit höherer Geschwindigkeit und geringerem Materialverbrauch erzielen als bei anderen Laserschneidverfahren.

Nachteile

Aufgrund der komplexen Funktionsweise und des breiten Einsatzspektrums von Faserlaserschneidmaschinen ist ihr Preis sehr hoch.
Faserlaserschneidmaschinen mit geringerer Leistung haben bei der Bearbeitung dickerer Metalle eine eingeschränkte Schnittqualität.
Die anfänglichen Anschaffungskosten für Maschinenkomponenten von Faserlaserschneidmaschinen sind relativ hoch.

Trotz dieses und einiger anderer Nachteile hat das Faserlaserschneiden immer noch größere Vorteile. In den letzten Jahren hat mit der Entwicklung der Lasertechnologie und dem Aufkommen von Hochleistungslasergeneratoren der Preis für Faserlaserschneidmaschinen begonnen zu sinken.

Nd:YAG/Nd:YVO-Laserschneidmaschine

Ein Nd:YAG-Laser nutzt einen mit Neodym (Nd) dotierten Yttrium-Aluminium-Granatkristall (Y3Al5O12). Nd:YVO-Laser nutzen Neodym-dotierte Vanadatkristalle (YVO4) und funktionieren auf die gleiche Weise wie Nd:YAG-Laser. Nd:YVO-Laser weisen im Vergleich zu Nd:YAG-Lasern eine verbesserte Leistungsstabilität auf und erzeugen beim Schneiden nicht so viel Wärme.

Arbeitsprinzip

Ähnlich wie bei CO2-Lasern wird der Kristall zwischen zwei Spiegeln platziert – einem vollreflektierenden und einem halbreflektierenden. Die Pumpphotonenquelle ist eine Xenon-/Krypton-Blitzröhre oder eine Reihe von Laserdioden. Im Fall von Nd:YAG/YVO-Kristallen liefert die Pumpquelle Photonen, die das Energieniveau der Neodymionen erhöhen. Sobald ein Strahl kohärenten, hochintensiven Lichts mit einer Frequenz von 1064 nm erzeugt wird, wird dieser über Spiegel auf den Schneidkopf gelenkt und schließlich mithilfe einer Linse am Schneidkopf auf einen Punkt fokussiert.

Welche Materialien können verarbeitet werden?

YAG/YVO-Laserschneidmaschinen sind heutzutage aufgrund des Aufkommens effizienterer Faserlasergeneratoren weniger verbreitet, haben aber immer noch spezifische Anwendungen zum Schneiden bestimmter Metallmaterialien. Zu den Materialien, die mit einer YAG/YVO-Laserschneidmaschine geschnitten werden können, gehören:

Edelstahl: Es kann Edelstahl mit akzeptablen Ergebnissen schneiden, aber Faserlasergeneratoren sind für dieses Material normalerweise effektiver.
Weichstahl: YAG/YVO-Lasergeneratoren können Weichstahl schneiden, insbesondere dort, wo Faserlasergeneratoren nicht verfügbar oder praktisch sind.
Aluminium: Er kann Aluminium schneiden, ist aber im Allgemeinen weniger effizient und schneidet langsamer als ein Faserlasergenerator.
Kupfer: Es schneidet Kupfer, insbesondere dünnere Bleche, und wird hauptsächlich für elektrische Komponenten, Klempnerarbeiten und künstlerische Anwendungen verwendet.
Messing: Es kann Messingplatten schneiden, eignet sich aber wie Kupfer besser zum Schneiden dünnerer Materialien, die häufig für dekorative Zwecke und elektrische Komponenten verwendet werden.
Bestimmte Legierungen: Je nach Zusammensetzung und Dicke können auch bestimmte Metalllegierungen behandelt werden.

Vorteile

Hohe Schnittpräzision: Die Präzision des YAG/YVO-Laserschneidens ermöglicht das Mikroschneiden von Teilen mit einer Größe von nur 1 mm² und Toleranzen von bis zu +/- 20 Mikrometern.
Im Vergleich zu Faserlasergeneratoren verfügen Nd:YAG/YVO-Lasergeneratoren über eine bessere Strahlqualität und eine höhere Leistungsdichte.

Das YAG/YVO-Laserschneiden reduziert die Produktionskosten erheblich und verbessert die Qualität der Ergebnisse im Vergleich zu herkömmlichen Techniken wie Drahtschneiden und Wasserstrahlen erheblich. Die Einheit kann problemlos mit integriertem CAD/CAM implementiert werden und Dateien im Grafikformat können für eine bequemere Bedienung importiert werden.

Nachteile

Hohe Betriebskosten: YAG/YVO-Lasergeneratoren erfordern regelmäßige und teure Wartung und hohe Betriebskosten.
Schlechte Energieeffizienz: YAG/YVO-Lasergeneratoren haben höhere Leistungsdichten als Faserlaser, aber die Energieeffizienz liegt im einstelligen Bereich.
Komplexe Struktur: Das Netzteil ist sperrig und benötigt zum Betrieb einen optischen Pfad.

Mit der Entwicklung und breiten Anwendung von Faserlasergeneratoren wurde Nd:YAG/YVO im Bereich des Metallschneidens schrittweise ersetzt.

Zusammenfassen

Laserschneidmaschinen sind bei Anwendern wegen ihrer Vielseitigkeit beliebt. Verschiedene Arten von Laserschneidgeräten haben ihre eigenen Anwendungsbereiche. Die Wahl der richtigen Maschine für Ihre Werkstatt ist der Schlüssel zur Steigerung der Produktivität. In diesem Artikel werden drei Arten von Laserschneidmaschinen vorgestellt, ihre Funktionsweise erläutert und ihre Vor- und Nachteile sowie die Materialien, die sie verarbeiten können, erörtert. Ich hoffe, dass diese Informationen Ihnen beim Kauf einer Laserschneidmaschine als Referenz dienen können.
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