Faserlaser-Schneiden: Das „Licht-Schneide-Magie“ in der Industrie

In modernen Industriewerkstätten kann ein dünner, dennoch überraschend starker Laserstrahl Metalle präzise schneiden und Platten schnell bearbeiten – dies ist die „Magie“ der Faserlaser-Schneidtechnologie. Als eine Schlüsseltechnologie im Bereich der Laserbearbeitung hat sie die Produktionsmethoden vieler Branchen wie Schiffbau, Baumaschinen und elektronische Geräte aufgrund ihrer Vorteile in Bezug auf Effizienz, Präzision und niedrige Kosten leise revolutioniert und ist damit zu einem „fähigen Helfer“ im Bereich der Präzisionsbearbeitung geworden.

I. Was ist Faserlaser-Schneiden?

Der Faserlaserschnitt ist eine berührungslose Schneidtechnologie, die auf Faserlasern basiert. Einfach ausgedrückt wird ein Laserstrahl mit hoher Energiedichte über eine optische Faser auf die Materialoberfläche fokussiert, wodurch die Lichtenergie des Lasers sofort in Wärmeenergie umgewandelt wird. Der bestrahlte Bereich des Materials erreicht schnell seinen Schmelz- oder sogar Siedepunkt und geht in einen geschmolzenen oder verdampften Zustand über. Anschließend wird der Rückstand durch ein Zusatzgas ausgeblasen, und durch die relative Bewegung zwischen Laser und Werkstück kann die gewünschte Form präzise „ausgeschnitten“ werden.

Dieses System ist wie ein hochentwickelter „lichtgesteuerter Handwerker“, bestehend aus einem Industriecomputer, Steuerung, Werkbank, Lichtleitsystem und weiteren Komponenten. Nachdem der Computer Befehle ausgegeben hat, steuert das Servosystem die präzise Bewegung der Werkbank, der Laser sendet Pulse mit einer vorgegebenen Frequenz aus, und das Lichtleitsystem optimiert den Laserstrahl sowie schwächt reflektiertes Licht ab, um Schäden an der Ausrüstung zu vermeiden und einen stabilen und effizienten Schneidprozess sicherzustellen.

II. Die „herausragenden Vorteile“ des Faserlaser-Schneidens

Im Vergleich zu traditionellen Schneidtechnologien und dem CO₂-Laser-Schneiden bietet das Faserlaser-Schneiden zahlreiche deutliche Vorteile, wodurch es zum „Effizienzführer“ und „Kosteneinsparer“ in der industriellen Bearbeitung wird.

Hinsichtlich der Effizienz ist die Leistung beeindruckend. Bei der Bearbeitung dünner Platten kann die Geschwindigkeit 2- bis 3-mal so hoch sein wie die einer CO₂-Laserschneidmaschine mit gleicher Leistung; bei Materialien mit einer Dicke von 6 mm entspricht die Schneidgeschwindigkeit einer 1,5-kW-Faser-Laserschneidmaschine der einer 3-kW-CO₂-Laserschneidmaschine, wodurch die Produktionszeit erheblich verkürzt wird 4.

Hinsichtlich der Kosten sind die Vorteile noch deutlicher. Der Wirkungsgrad der photoelektrischen Umwandlung beträgt bis zu 30 % und liegt damit deutlich über dem herkömmlicher Schneidanlagen, was den Energieverbrauch effektiv senkt. Gleichzeitig verwendet die Anlage die Übertragung über Lichtwellenleiter, weist eine einfache optische Führung auf und erfordert keine aufwendige Wartung. Die durchschnittliche Zeit zwischen Ausfällen überschreitet 100.000 Stunden, und es gibt praktisch keine Verschleißteile, wodurch die langfristigen Betriebs- und Wartungskosten erheblich reduziert werden 5.

Seine technische Flexibilität zeichnet ihn ebenfalls aus. Die Wellenlänge des Faserlasers beträgt nur 1064 nm und wird von metallischen Werkstoffen besser absorbiert – selbst hochreflektierende Materialien wie Aluminium und Kupfer können leicht geschnitten werden. Er kann beliebige Muster bearbeiten und sogar mehrdimensionale Raumkonturen bei speziell geformten Materialien wie Stahlrohren schneiden, wodurch er im Bereich des 3D-Laserschneidens in der Automobilindustrie breite Anwendung findet 6.

Darüber hinaus ist seine Schneidgenauigkeit äußerst hoch, mit einer minimalen Schnittbreite von nur 15 μm und einer Schneidgenauigkeit von 8 μm/30 mm. Die wärmebeeinflusste Zone ist gering, und die Materialverformung ist geringfügig, was eine maximale Materialausnutzung und Produktqualität ermöglicht 7.

III. Die „Anwendungsbeschränkungen“ des Faserlaserschneidens

Obwohl das Faserlaserschneiden deutliche Vorteile aufweist, ist es keine „One-Size-Fits-All“-Lösung. Experimente haben gezeigt, dass bei der Bearbeitung von Stahlplatten mit einer Dicke über 15 mm die Schnittqualität beeinträchtigt wird, da das geschmolzene Metall nur schwer vollständig abgeführt werden kann; beim Schneiden von unlegiertem Stahl nimmt die Qualität ebenfalls erheblich ab, wenn die Geschwindigkeit 6 m/min überschreitet 1.

Allerdings ist es ein „Top-Player“ bei der Bearbeitung von dünnen bis mittleren Materialdicken. Die Oberflächenrauheit beim Schneiden von Edelstahl unter 4 mm entspricht der des CO₂-Laserschneidens, und im Dickenbereich von 6–10 mm kann die Oberflächenrauheit weitgehend stabil bleiben 2. Derzeit wird es bereits breit in der präzisen Metallbearbeitung in Branchen wie Elektronik, Maschinenbau, Medizintechnik und anderen eingesetzt und deckt 70 % des Materialbearbeitungsmarktes ab 3.

Von der Plattschneidung im Schiffbau über die Bearbeitung von Baumaschinenkomponenten bis hin zur Formgebung präziser Bauteile in elektronischen Geräten nutzt das Faserlaserschneiden die Kraft eines "Lichtstrahls", um die industrielle Produktion hin zu höherer Effizienz, höherer Präzision und umweltfreundlicheren Verfahren voranzutreiben. Mit kontinuierlichen technologischen Verbesserungen wird es zukünftig weitere Möglichkeiten im Bereich der Präzisionsbearbeitung erschließen und dem "Lichtschneidzauber" ermöglichen, einen noch größeren industriellen Mehrwert zu schaffen.

Nachdem wir die Anwendungsprinzipien und Vorteile des Faserlaserschneidens kennengelernt haben, werden wir nächste Woche gezielt das Faserlaserschneiden, seine Anwendungen in der Präzisionsbearbeitung sowie seine zukünftigen Aussichten untersuchen.