Suchen

Laserschneiden Glasfaserlaser spart Platz und Energie

Autor / Redakteur: Tate Picard / Peter Königsreuther

Im Vergleich zum autogenen Brennschneiden oder dem Einsatz von Plasmaanlagen, arbeitet der Laser präziser und sauberer. Die Entwicklungsarbeit beim Thema Laserschneiden tendiert verstärkt zum noch recht jungen Faserlaser, der besonders schnell schneidet und für wesentlich geringere Betriebskosten sorgen kann.

Firmen zum Thema

Bild 1: Ein Hyintensity-Fiber-Laser vom Typ HFL015 von Hypertherm beim Schneide einer Blechplatte.
Bild 1: Ein Hyintensity-Fiber-Laser vom Typ HFL015 von Hypertherm beim Schneide einer Blechplatte.
(Bild: Hypertherm)

Die Glasfaserlaser-Technologie gibt es erst seit etwa drei bis fünf Jahren und viele Anwender sind erst noch dabei, sich damit vertraut zu machen; sie beginnen gerade, sich der Unterschiede zwischen dem Glasfaser-, und dem besser bekannten CO2-Laserprozess bewusst zu werden. In der Laserschneidkategorie selbst erhält die Glasfaserlaservariante deshalb relativ viel Aufmerksamkeit, da sie die Geschwindigkeit und Schnittgüte von CO2-Lasern bei erheblich geringeren Wartungs- und Betriebskosten bietet. Dies macht den Glasfaserlaser zum Schneiden auch für die Entwickler bei Hypertherm interessant; denn viele Experten sind der Meinung, dass dieses Verfahren andere Lasersysteme überholen wird (Bild 1).

Der Glasfaserlaser ermöglicht platz- und energiesparende Anlagen

Beim Glasfaserlaser funktioniert die Übertragung nicht unter dem Einfluss von CO2-Gas, sondern über Dioden und Glasfaserkabel. Statt der Verwendung von Spiegeln für die Übertragung des Lichtstrahls erzeugen bei Glasfasersystemen mehrere Festkörper-Pumpendioden den Laserstrahl, der dann über ein flexibles Glasfaserkabel zum Schneidkopf übertragen wird, was eine Reihe von Vorteilen bietet. Denn anders als bei Gaslasern, bei denen Spiegel in einem bestimmten Abstand aufgestellt werden müssen, gibt es beim Glasfaserlaser keine Mindestbaugröße und die biegsamen Glasfasern lassen besonders kompakte Anlagen zu. Es ist sogar möglich, einen Glasfaserlaser-Kegel direkt neben einem Plasmaschneidkopf auf einem Schneidtisch zu installieren – bei einem CO2-Laser völlig ausgeschlossen.

Bildergalerie

Glasfaserlaser unter geringerem Aufwand zu kühlen

Der vielleicht wichtigste Vorteil des Glasfaserlasers ist seine Energieeffizienz: Wegen des komplett digitalen, monolithischen Festkörperdesigns hat er einen höheren Gesamtwirkungsgrad als ein Gaslaser, denn von jeder Leistungseinheit, die ein CO2-Schneidsystem passiert, werden normalerweise nur ungefähr 8 bis 10 % tatsächlich genutzt. Der Glasfaserlaser erreicht jedoch 25 bis 30 %. Das heißt, ein Glasfasersystem verbraucht etwa drei- bis fünfmal weniger Energie als CO2-Laser.

Glasfaserlaser verfügen außerdem über positive Lichteigenschaften, wie zum Beispiel eine kürzere Wellenlänge. Der Strahl wird so vom schneidenden Material besser absorbiert, was auch das Trennen von Messing und Kupfer ermöglicht. Die konzentriertere Lichtquelle verkleinert zusätzlich den Brennpunkt und erreicht eine größere Fokustiefe, sodass der Glasfaserlaser dünneres Material schneller und Werkstoffplatten mit mittlerer Dicke effizienter schneidet. Bei einer Dicke bis 6 mm hat ein 1,5-kW-Glasfaserlaser eine Schneidgeschwindigkeit, die der eines 3-kW-CO2-Lasers entspricht.

Das erhöht die Produktivität senkt die Betriebskosten. Weil herkömmliche Gaslasersysteme eine regelmäßige Wartung fordern – denn die Spiegel müssen geprüft und kalibriert sowie die Resonatoren ausgetauscht werden –, spart der Anwender zusätzlich, denn Glasfasersysteme erfordern praktisch keinen Wartungsaufwand und brauchen auch kein Gas zum Betrieb, das regelmäßig gereinigt werden muss. Diese Maßnahme verschlingt bei einem CO2-Laser mit mehreren Kilowatt Leistung jährlich mindestens 20.000 US-Dollar.

Da viele CO2-Systeme das Gas mit einer Hochgeschwindigkeitsturbine bewegen, entfällt beim Glasfaserlaser die Wartung für diese Systemkomponente. Dazu gesellt sich ein weiterer Vorteil: Die kompaktere Bauweise ermöglicht es, die Glasfaserlaser unter geringerem Aufwand zu kühlen. Das sorgt für einen umweltschonenderen Prozess, denn es treten keine keine CO2-Emissionen auf.

Der Glasfaserlaser-Einsatz fordert ein gewisses Know-how

Auch wenn Glasfaserlaser die meisten Materialien gut trennen, gelingt das nicht für amorphe Kunststoffe wie Acrylglas oder Polycarbonat. Holz oder Textilien können nur in begrenztem Umfang geschnitten werden. Dickere Materialien erfordern mehr Schneidleistung und in solchen Fällen kann Laserschneiden eine weniger attraktive Option sein. Hier kann die erwähnte Möglichkeit, einen Glasfaserlaser direkt neben einem Plasmaschneidkopf zu installieren, für Abhilfe sorgen.

Es ist dann auch möglich, ein Teil mit zwei verschiedenen Schneidmethoden zu bearbeiten. Zum Beispiel kann sich ein Bediener entscheiden, den äußeren Teil mit Plasma und anschließend alle inneren Formen mit dem Glasfaserlaser zu schneiden. Was beim Wechsel zur Glasfaserlaser-Technik berücksichtigt werden sollte, ist der Schutz der Augen, denn das Licht eines Glasfaserlasers hat eine augenschädliche Wellenlänge. Außerdem sollte für umfassende Schulungen in Sachen optimaler Systembetrieb und Sicherheitsaspekte gesorgt werden, da es die Technik noch jung ist und die praktische Erfahrung fehlt.

Potenzial der Laserschneidsysteme wird noch weiter ausgeschöpft

Die Frage nach den optimalen Komponenten für eine wirtschaftlich arbeitende Laserschneidkonfiguration und die Antwort darauf, wie die einzelnen Bausteine am besten erworben werden, sollte außerdem nicht vernachlässigt werden: Ein Komplettsystem mit Laserstromquelle, Gaskonsole, Laserschneidkopf und Höhensteuerung sowie CNC und Schneidsteuerungsprogrammen, bietet den wertvollen Vorteil einer All-in-one-Anlage. So wird der Umstieg auf den Glasfaserlaser viel unkomplizierter.

Werden diese Fragen erörtert und anhand eines Lastenheftes die Schneidparameter im Voraus identifiziert, kann der Betrieb sofort starten, wenn die Anlage geliefert wurde. Als sicher kann angenommen werden, dass Lasersysteme in den kommenden Jahren weiter verbessert werden, um ihr wahres Potenzial auszuschöpfen. In Zukunft kommen Unternehmen also in die Lage, auch mit der Glasfaserlasertechnik noch schneller und präziser zu schneiden.

Zusammenfassend sind die Vorteile eines Glasfaserlasers im Vergleich zum herkömmlichen CO2-Laser vielleicht nicht für jeden sinnvoll. Vor der Auswahl einer umfassenden Laserlösung sollten Themen wie Sicherheit und Schulung, die Art und Dicke des Materials, das am häufigsten geschnitten wird, sowie die erforderliche Schnittgüte sicher beantwortet werden.

* Tate Picard ist Teamleiter der Abteilung Faserlaser bei der Hypertherm Europe B.V. in 4704 SE Roosendal (Niederlande).

(ID:39013690)