Vor- und Nachteile des Laserschneidens

Materialien können ihre Oberflächenmikrostruktur nur durch Schneiden verändern. Laserschneiden ist eine der gängigsten Techniken zum Schneiden von Materialien für die spanende Bearbeitung. Es ermöglicht die Erstellung von Mustern entsprechend den Designs und gewünschten Ergebnissen. Bei dieser Methode werden Materialien mithilfe eines starken Laserstrahls geschmolzen, verbrannt und verdampft. Obwohl dieses Verfahren sehr nützlich ist, ist es wichtig, die zahlreichen Vor- und Nachteile des Laserschneidens zu kennen.

Der Schneidvorgang erfolgt mithilfe eines Laserschneiders. Dieser fokussiert mit einem feinen Laserstrahl das Material. Bevor Sie jedoch mit dem Schneiden beginnen, müssen Sie sich anhand Ihrer Entwürfe oder Muster ein klares Ziel setzen. Früher war es schwierig, bestimmte harte Materialien mit herkömmlichen Verfahren zu schneiden. Mit dem Laserschneider ist es jedoch einfacher geworden.

Hier erfahren Sie alles Wissenswerte zum Laserschneiden. Wir erläutern außerdem die Funktionsweise sowie die Vor- und Nachteile des Laserschneidens.

Was ist Laserschneiden und wie funktioniert es?

Viele Fertigungsindustrien nutzen heute computergesteuerte Maschinen, um ihre Produktionsprozesse zu beschleunigen. Diese Geräte nutzen eine Vielzahl von Prozessen, darunter Laserschneiddienste. Alle computergesteuerten numerischen Steuerungsmaschinen erteilen Befehle an die Maschinen, nachdem sie die digitalisierte Zeichnung in eine Computersprache konvertiert haben.

Diese Sprache liefert dem Gerät die notwendigen Anweisungen zur Ausführung der Entwürfe. Die Verbindung zwischen Sprache und Maschine ist vergleichbar mit dem Senden eines Bildes an einen Drucker. Auch Laserschneidmaschinen funktionieren nach dem gleichen Prinzip und können Entwürfe schnell fertigstellen.

Das Design des Laserschneidprodukts ermöglicht die Verwendung von 2D-Vektordateien zur Laserführung. Es besteht aus einem Laserresonator. Dieser Resonator enthält Glasfasern oder in bestimmten Fällen ein Gasgemisch aus Kristallkörpern. Das vom Konstrukteur verwendete Schneidverfahren bestimmt den Resonatorbestandteil. Die Energiezufuhr zum Gemisch leitet den Schneidvorgang ein. Der Laser wird fokussiert, nachdem das Gemisch verschiedene Spiegellinsen passiert hat.

 Wie funktioniert Laserschneiden?

Bevor wir uns mit den Vor- und Nachteilen des Laserschneidens befassen, ist es wichtig zu verstehen, wie es funktioniert. Laserschneidmaschinen funktionieren ähnlich wie CNC-Maschinen, verfügen jedoch über einen leistungsstärkeren Laser. Der Laser führt das Material bzw. den Strahl mithilfe von CNC und Optik. Das Gerät schneidet in das Material und steuert die Bewegungen mithilfe des vorgegebenen CNC- oder G-Codes.

Nach der Fokussierung des Laserstrahls schmilzt, verdampft und verbrennt das Material. Zusätzlich lässt sich durch das Anblasen des Materials mit Gas eine hochwertige Kantenoberfläche erzielen. Die Bildung eines Laserstrahls erfolgt in einem geschlossenen Behälter durch Aktivierung des Lasermaterials mit Lampen oder elektrischer Entladung.

Nach einer internen Reflexion durch einen Teilspiegel werden die Lasermaterialien verstärkt. Dieser Prozess wird fortgesetzt, bis genügend Energie in Form von kohärentem monochromatischem Licht gesammelt ist. Die Fokussierung auf den Arbeitsbereich mittels Glasfaser oder Spiegeln verbessert die Lichtintensität.

Der Durchmesser eines Laserstrahls beträgt an seiner dünnsten Kante weniger als 0,32 mm. Die Schnittbreite kann dagegen nur 0,10 mm betragen. Diese wird jedoch von der Materialdicke bestimmt. Beginnt der Schnitt mit der Laserschneidmaschine nicht an der Materialkante, empfiehlt sich das Einstechverfahren.

Beim Durchstechverfahren erzeugt der Laser mit hoher Leistung ein Loch im Material. Das Durchbrennen eines 13 mm starken Edelstahlblechs dauert beispielsweise 5 bis 15 Sekunden.

Wichtigste Vorteile des Laserschneidens

Laserschneiden bietet echte Vorteile. Diese zeigen sich, wenn Material, Dicke und Qualitätsanforderungen zum Verfahren passen. Im Folgenden werden die Vorteile jeweils erläutert und die entsprechenden Bedingungen beschrieben.

Hohe Präzision und schmale Schnittfuge

Laserschneiden ermöglicht die Herstellung sehr präziser Konturen. Dies liegt an dem schmalen Laserstrahl und der CNC-gesteuerten Bewegung. In der Praxis hängt die erreichbare Toleranz von der Maschinenklasse und der Materialstärke sowie vom thermischen Verhalten ab. Oftmals ist die Genauigkeit jedoch ausreichend, um die Nachbearbeitung von 2D-Profilen zu reduzieren. Das Verfahren eignet sich besonders für Teile mit enger Geometrie, Bohrungen und gleichmäßigen Kanten.

Hohe Geschwindigkeit bei dünnen bis mittleren Materialdicken

Laserschneiden ist schnell für dünne bis mittelstarke Materialien. Der Prozess ist kontinuierlich, berührungslos und hochautomatisiert. Komplexe Formen lassen sich oft gut schneiden, da das “Werkzeug” nicht gewechselt wird. Dies ist optimal für die Fertigung von verschachtelten Blechen. In diesen Fällen ist der Durchsatz wichtiger als tiefe 3D-Strukturen.

Hervorragende Wiederholgenauigkeit

Wiederholgenauigkeit ist ein überzeugendes Argument für den Einsatz von Laserschneiden in der Serienfertigung. Nach der Festlegung der Parameter – Material, Gas, Fokus und Geschwindigkeit – lassen sich Teile mit gleichbleibender Präzision herstellen. Dies ist besonders vorteilhaft für die Serienfertigung, bei der identische Teile ohne ständige Nachbearbeitung gefertigt werden müssen.

Kontaktloses Schneiden

Der Strahl übernimmt den Schneidvorgang. Dadurch entsteht keine Schnittkraft durch ein rotierendes Werkzeug. Auch gibt es keine Werkzeugschneide, die verschleißen könnte. Dies ist besonders vorteilhaft bei Werkstücken mit filigranen Konturen oder dünnen Stegen. Diese Methode eignet sich optimal für komplexe Profile. Bei mechanischer Bearbeitung würden solche Werkstücke rattern, sich verbiegen oder Grate bilden.

Flexible Komplexität

Ein Laserschneider benötigt für jede neue Kontur kein neues Werkzeug. Die Komplexität hängt daher hauptsächlich von der Programmierung und Stabilität ab. Dadurch sind komplexe 2D-Profile nicht automatisch teurer. Dies ist optimal für häufige Designänderungen, Prototypen und die Bearbeitung von Bauteilen mit unterschiedlichen Abmessungen.

Materialnutzung

Laserschneiden eignet sich hervorragend für Nesting-Software. Es optimiert häufig die Plattenausnutzung und reduziert Verschnitt. Die Einsparungen zeigen sich bei wiederholten Nestings. Sie machen sich auch bemerkbar, wenn die Materialkosten einen großen Teil der Gesamtkosten ausmachen. Dies ist besonders vorteilhaft für Programme mit hohem Plattenvolumen und teuren Materialien.

Automatisierungspotenzial

Laserschneiden fügt sich nahtlos in CNC-Arbeitsabläufe ein. Es lässt sich in Be- und Entladesysteme integrieren. Selbst ohne vollständige Automatisierung reduziert es häufig den manuellen Aufwand. Dies gilt insbesondere im Vergleich zu mehrstufigen Schneidverfahren. Es eignet sich am besten für Produktionszellen mit Fokus auf einen planbaren Durchsatz.

Wichtigste Nachteile und Einschränkungen

Die Nachteile des Laserschneidens liegen hauptsächlich in den Prozessfenstern. Dazu gehören Materialstärke, Hitzeentwicklung, Rauchentwicklung und die Empfindlichkeit gegenüber den Einstellungen. Das Verständnis dieser Grenzen hilft, Qualitätsmängel, Sicherheitsrisiken und unerwartete Kosten zu vermeiden.

Dicken- und Produktivitätsgrenzen

Laserschneiden ermöglicht das Bearbeiten von dickem Metall. Allerdings nehmen Produktivität und Schnittkantenqualität mit zunehmender Materialstärke ab. Die maximal mögliche Materialstärke lässt sich nicht pauschal bestimmen. Sie hängt von der Laserleistung, der Materialgüte, dem verwendeten Gas und den Qualitätsanforderungen ab. Bei Anforderungen an besonders saubere Schnittkanten bei dicken Blechen kann der Bearbeitungsbereich eingeschränkt sein.

Hitzeeinwirkungen an Kanten

Laserschneiden ist ein thermisches Verfahren. Dabei kann eine Wärmeeinflusszone (WEZ) entstehen. Auch Kantenoxidation oder Verfärbungen können auftreten. Dies hängt vom verwendeten Gas und Material ab. Schlacke, Mikrograte und Kantenverjüngungen sind häufige Probleme in der Werkstatt, wenn die Parameter abweichen. Beim nächsten Arbeitsschritt – Schweißen oder Beschichten – ist der Zustand der Schnittkante nicht nur kosmetisch, sondern kann die Leistung beeinträchtigen.

Reflexions-/Problemmaterialien

Manche Materialien stellen eine Herausforderung dar. Dies kann an Reflexionsvermögen, Leitfähigkeit, Beschichtungen oder unebenen Oberflächen liegen. Selbst wenn ein Material grundsätzlich “schneidbar” ist, erfordert es unter Umständen eine präzisere Steuerung. Dies gilt für Fokus, Gaseinsatz und Durchstoßstrategie. Ist Stabilität wichtig, ist in diesen Fällen mit einer längeren Entwicklungszeit zu rechnen.

Dämpfe und Sicherheitsanforderungen

Beim Laserschneiden entstehen Dämpfe und Partikel. Einige Materialien, wie bestimmte Kunststoffe und beschichtete Bleche, setzen gefährliche Gase frei. Für eine sichere Laseranlage sind daher eine ordnungsgemäße Absaugung und Filterung unerlässlich. Zudem müssen bestimmte Materialvorschriften eingehalten werden. Dies ist zwingend notwendig. Wer diese Punkte außer Acht lässt, riskiert, einen sicheren Prozess in eine Gefahrenquelle zu verwandeln.

Vorlauf- und Betriebskosten

Industrielle Laserschneidanlagen erfordern eine hohe Anfangsinvestition. Die Betriebskosten umfassen nicht nur den Stromverbrauch. Auch der Verbrauch von Hilfsgas, die Wartung der Optik und Verbrauchsmaterialien erhöhen die Kosten pro Werkstück. Ausfallzeiten und der Zeitaufwand für die Bediener tragen ebenfalls dazu bei. Die Nutzung eines Service kann kostengünstig sein, wenn der Kauf der Anlage vermieden wird. Bei dicken Blechen, strengen Spezifikationen und schwierigen Materialien können die Kosten jedoch schnell steigen.

Prozesssensitivität

Laserschneiden ist nicht immer ein Prozess, bei dem man einfach nur “Start drücken und weggehen” muss. Falsche Einstellungen können zu Verbrennungen, starker Schlackenbildung oder rauen Kanten führen. Auch eine ungleichmäßige Schnittfuge kann entstehen. Die Erfahrung des Bedieners ist beim Durchstechen besonders wichtig. Sie spielt auch beim Schneiden von dicken Blechen oder reflektierenden Materialien eine Rolle.

Wann ist Laserschneiden die richtige Wahl?

Laserschneiden eignet sich ideal für Teile mit überwiegend zweidimensionalen Durchschnitten. Es ist auch dann die richtige Wahl, wenn Präzision, Geschwindigkeit und Wiederholgenauigkeit Ihre Prioritäten sind. Nutzen Sie diese kurze Checkliste, um die richtige Entscheidung zu treffen.

• Ihr Bauteil ist ein 2D-Profil (Blech/Platte) oder ein Rohrprofil. Es eignet sich nicht für die tiefe 3D-Bearbeitung.
• Kantenqualität und Maßgenauigkeit sind innerhalb einer Charge wichtig.
• Sie benötigen komplexe Konturen ohne Spezialwerkzeug.
• Die Materialplatzierung und die Reduzierung von Ausschuss haben einen großen Einfluss auf die Kosten.
• Ihr Material und Ihre Materialstärke passen in ein stabiles Prozessfenster, das Ihren Qualitätsanforderungen entspricht.

Wenn mehrere Antworten “Nein” lauten, kann Laserschneiden dennoch funktionieren. Sie müssen jedoch mit einem höheren Anpassungsaufwand rechnen. Möglicherweise entstehen auch höhere Kosten pro Teil oder es können Abstriche bei der Kantenqualität auftreten.

Abschluss

Aus unserer Sicht bei Yonglihao Machinery, Die Vor- und Nachteile des Laserschneidens hängen von den Prozessgrenzen ab. Solange Material, Dicke und Kantenanforderungen in einem stabilen Bereich liegen, liefert das Laserschneiden optimale Ergebnisse. Es bietet Präzision, Wiederholgenauigkeit und Geschwindigkeit bei geringem Werkzeugaufwand. Jenseits dieses Bereichs kann der Prozess kostspielig und uneinheitlich werden. Dies tritt beispielsweise bei dicken Blechen, schwierigen Materialien oder unzureichender Rauchabsaugung auf.

Wenn Sie einen Laserschneidservice in Betracht ziehen oder Ihren eigenen Arbeitsablauf planen, beginnen Sie mit der Festlegung der Rahmenbedingungen. Optimieren Sie anschließend Geschwindigkeit und Kosten. Diese Vorgehensweise beugt den meisten Problemen vor.

Häufig gestellte Fragen

Ist Laserschneiden immer die präziseste Methode?

Nein. Laserschneiden ist zwar präzise, die endgültige Genauigkeit hängt jedoch von der Maschine, der Materialstärke und den Wärmeeinflüssen ab. Für dünne bis mitteldicke Profile eignet es sich hervorragend. Bei dickeren Blechen und strengen Kantenanforderungen kann sich der Anwendungsbereich jedoch verkleinern. Die Präzision hängt stets vom Material, der Materialstärke und der Prüfmethode ab.

Warum beeinflusst die Materialstärke die Schnittqualität so stark?

Dickeres Material lässt sich schwerer schmelzen und durch den Schnittspalt entfernen. Mit zunehmender Dicke reagieren Wärmefluss und Gasabfuhr empfindlicher. Dadurch steigt das Risiko von Schlacke und Verformungen. Deshalb können Einstellungen, die bei dünnem Blech gut funktionieren, bei dickem Blech versagen.

Was sind die häufigsten Nachteile im täglichen Produktionsablauf?

Die häufigsten Produktionsprobleme sind Schlacke, Kantenoxidation und Parameterempfindlichkeit. Diese lassen sich in der Regel auf Gaseinstellungen, Fokusposition oder Oberflächenbeschaffenheit des Materials zurückführen. Eine gute Prozesskontrolle löst mehr Probleme als die bloße Erhöhung der Leistung.

Benötige ich wirklich eine Rauchabsaugung, wenn ich nur Metall bearbeite?

Ja. Auch beim Metallschneiden entstehen Partikel und Dämpfe. Manche Beschichtungen bergen zusätzliche Gefahren. Selbst wenn das Gas nicht hochgiftig ist, stellen Feinstaubpartikel ein Gesundheitsrisiko dar. Sie sind zudem ein Problem für die Sauberkeit am Arbeitsplatz. Ausreichende Belüftung und Filterung schützen Menschen, Optiken und die Betriebszeit.

Wann ist ein Laserschneidservice kostengünstiger als der Kauf einer Maschine?

Ein Service ist oft kostengünstiger, wenn Ihr Auftragsvolumen unregelmäßig ist oder die Aufträge stark variieren. So vermeiden Sie den Kauf eigener Geräte und zahlen pro Auftrag. Bei einem stabilen, wiederkehrenden und umfangreichen Arbeitsaufkommen kann sich der Besitz einer Maschine lohnen. Dies gilt jedoch nur, wenn Sie über ausreichend Personal verfügen und die Maschine warten können.