Messing wirkt hochwertig und lässt sich gut bearbeiten. Daher findet es sich in Prototypen überall wieder. Man sieht es für Typenschilder, Zierleisten und elektrische Bauteile. Auch für korrosionsbeständige Beschläge kommt es zum Einsatz. Das Problem ist jedoch einfach: Messing gehört zu den am schwierigsten zu laserschneidenden Blechen.
Bei Yonglihao Machinery sind wir ein Unternehmen für Prototypenfertigung. Laserschneiden ist eines unserer wichtigsten Verfahren. Wenn Kunden uns Messingprojekte anvertrauen, wünschen sie sich in der Regel zwei Dinge: saubere Kanten und präzise Details. Dieser Leitfaden erläutert unser Vorgehen beim Laserschneiden von Messing mit Faserlasern. Er behandelt die wichtigsten Parameter und zeigt, wie häufige Probleme behoben werden, die Zeit und Ausschuss verursachen.
Was ist Laserschneiden von Messing?
Das Laserschneiden von Messing ist ein thermisches Verfahren. Ein fokussierter Laserstrahl schmilzt das Messing. Anschließend bläst ein Hilfsgas das geschmolzene Metall aus der Schnittfuge. Dieses Gas ist beim Messingschneiden unerlässlich; es ermöglicht und gewährleistet einen reproduzierbaren Schnitt. Das Verfahren ist berührungslos. Das bedeutet, dass das Blech nicht verbogen oder beschädigt wird, wie es beim Scheren oder Stanzen der Fall sein kann.
In der Praxis, Laserschneiden Messing eignet sich hervorragend für Prototypen. Es ermöglicht feine Details, schnelle Änderungen und gleichbleibende Formen von Teil zu Teil. Der Nachteil ist, dass sich Messing anders verhält als Baustahl. Behandelt man Messing wie jedes andere Metall, kann es zu instabilem Durchstechen, Schlacke, Graten und fehlerhaften Schnitten kommen.
Weiterführende Literatur: Die 7 besten Materialien zum Laserschneiden
Warum ist Messing so schwer per Laser zu schneiden?
Hohes Reflexionsvermögen und Risiko von Rückreflexionen
Messing ist aufgrund seines Kupfergehalts sehr reflektierend. Diese hohe Reflektivität verringert die Menge an Laserenergie, die die Oberfläche zu Beginn eines Schnitts absorbiert. Gleichzeitig erhöht sie das Risiko, dass Energie zurück zur Optik der Maschine und zur Laserquelle reflektiert wird.
Das macht das Schneiden von Messing zu einer Herausforderung sowohl hinsichtlich der Qualität als auch der Prozessstabilität. Bildet sich das erste Schmelzbad schnell, sinkt die Reflektivität. Der Schneidprozess wird dadurch stabiler. Bildet sich das Schmelzbad hingegen langsam, kann der Prozess zwischen teilweisem Schmelzen und starker Reflektivität schwanken. Hier treten die meisten Fehler auf.
Geringe Absorption vor dem ersten Schmelzen
Bevor Messing schmilzt, absorbiert es weniger Laserenergie als viele andere Metalle. Daher ist der wichtigste Arbeitsschritt der Anfang: das Durchstechen des Materials und das Erzeugen eines stabilen Schnittpfads. Sobald Messing geschmolzen ist, absorbiert es die Energie besser. Der Schnitt verläuft dann reibungslos, wenn die Schmelze erhalten und das Material gut ausgeworfen wird.
Dies erklärt auch, warum das “Fast-Durchschneiden” bei Messing häufig vorkommt. Der Schnitt kann kurzzeitig gut aussehen und dann abbrechen. Dies geschieht, wenn das Schmelzbad zusammenfällt oder der Gasausstoß versagt. Um den Schnitt wieder aufzunehmen, ist oft ein zweiter Stich erforderlich, was den ungünstigsten Fall für Stabilität und Schnittqualität darstellt.
Wärmeentwicklung und Verformung bei dünnem Messing
Messing leitet Wärme sehr gut. Bei dünnen Blechen breitet sich die Wärme schnell aus. Dies kann zu lokalem Verzug, verfärbten Kanten und Maßänderungen an kleinen Stellen führen. Bei dickeren Platten spielt der Verzug eine untergeordnete Rolle. Hier kommt es vielmehr darauf an, wie sauber sich das geschmolzene Metall aus der Schnittfläche entfernen lässt.
Bei Prototypen ist Verzug oft ein verstecktes Problem. Ein Teil scheint zwar durchgeschnitten zu sein, aber kleine Laschen heben sich an. Bohrungen können sich leicht verschieben oder Ecken stärker abgerundet sein als gewünscht. Die Lösung ist selten eine einzige Einstellung. Meist ist es eine Kombination aus Schnittreihenfolge, Gasunterstützung und Blechlagerung.
Warum verwenden wir Faserlaser für Messingteile?
Kürzere Wellenlänge verbessert die Energiekopplung
Für Messing sind Faserlaser oft die praktische Wahl. Ihre Wellenlänge wird von Metallen besser absorbiert als die längere Wellenlänge von CO₂-Systemen. Eine bessere Absorption beschleunigt die Bildung des ersten Schmelzbades. Dieser Moment entscheidet darüber, ob der Bearbeitungsprozess stabil verläuft oder in einem Kreislauf aus Reflexionen und Fehlern mündet.
Bei Prototypen ist ein zuverlässiger Start genauso wichtig wie die Schnittgeschwindigkeit. Ein stabiler Einstich und ein gleichmäßiger Schnittweg sparen mehr Zeit als der Versuch, etwas mehr Geschwindigkeit zu erreichen.
Höhere Leistungsdichte verkürzt die Durchdringungszeit
Die Leistungsdichte beschreibt die auf einen kleinen Punkt konzentrierte Energiemenge. Sie beeinflusst, wie schnell Messing an der Durchstoßstelle vom festen in den flüssigen Zustand übergeht. Eine höhere Leistungsdichte verkürzt die Zeit, in der das Material stark reflektiert. Dadurch wird die Gefahr eines instabilen Durchstoßens verringert und die Optik der Maschine geschützt.
Dies erklärt auch, warum der Leistungsbedarf mit zunehmender Materialstärke rapide ansteigt. Reicht die Leistung nicht aus, um schnell genug zu durchstechen, lässt sich das Messing zwar möglicherweise noch schneiden, der Prozess wird jedoch heikel und das Zeitfenster für einen erfolgreichen Schnitt ist sehr klein. In der Produktion bedeutet ein kleines Zeitfenster mehr Ausschuss.
Was ändert sich dadurch hinsichtlich Kantenqualität und Wiederholgenauigkeit?
Ein Faserlaser entfernt nicht alle Grate und Schlacken. Er bietet jedoch ein breiteres und stabileres Schnittfenster. Dank dieses stabilen Fensters können Sie sich bei Prototypen auf das Wesentliche konzentrieren: saubere Kanten, feine Details und reproduzierbare Abmessungen. Mit dem richtigen Fokus und einem starken Hilfsgas lässt sich zudem die Wärmeeinflusszone klein halten.
Kurz gesagt: Mit Faserlasern können Sie Ihre Zeit der Qualitätsverbesserung widmen, anstatt sich nur darum zu kümmern, den Schnitt aufrechtzuerhalten.
Weiterführende Literatur: Arten von Laserschneidgeräten
Wichtige Konfigurationsvariablen und Startparameter
Das Schneiden von Messing gelingt am besten, wenn einige wenige Variablen sehr sorgfältig kontrolliert werden. Wir betrachten diese als die “Prozesshebel”, die darüber entscheiden, ob ein Schnitt sauber, gleichmäßig und sicher ist.
Laserleistung im Verhältnis zur Messingdicke
Verwenden Sie die höchstmögliche Leistung, die Ihr System für die zu schneidende Materialstärke sicher liefern kann. Eine höhere Leistung verkürzt die Schmelzzeit des Messings. Dadurch wird die Reflektionsphase reduziert und der Schnitt stabiler. Beispielsweise kann eine Einstellung von 1000 W für 1 mm dickes Messing (0,04 Zoll) ausreichen. Für 6,35 mm dickes Messing (0,25 Zoll) ist je nach Maschine und Gaseinstellung oft eine Einstellung von 4000 W erforderlich.
Leistung allein ist nicht alles. Erhöht man die Leistung, ohne Drehzahl, Fokus und Gaszufuhr anzupassen, kann es zu übermäßigem Schmelzen, einem breiteren Schnitt oder verfärbten Schneiden kommen. Die Leistung sorgt für Stabilität. Die anderen Einstellungen dienen dann der Verbesserung der Schnittqualität.
Schnittgeschwindigkeit
Eine etwas geringere Schnittgeschwindigkeit stabilisiert oft das Schneiden von Messing. Ein guter Ausgangspunkt ist etwa 10–151 TP5T unterhalb der maximalen Geschwindigkeit, die Ihr System für diese Materialstärke verarbeiten kann. Ziel ist es, einen Schnittstillstand zu vermeiden. Das erneute Durchstechen von Messing birgt viele Qualitäts- und Sicherheitsrisiken.
Langsamer bedeutet nicht “kriechen”. Bei zu langsamer Geschwindigkeit staut sich die Hitze, die Kanten verfärben sich, und die Schlackenbildung nimmt zu, da das Schmelzbad zu groß wird. Die richtige Geschwindigkeit gewährleistet einen gleichmäßigen Schnittweg mit konstantem Schmelzausstoß.
Fokusposition
Bei Messing sollte der Fokus nahe der Oberfläche liegen, um einen sauberen Schnitt zu erzielen. Eine Fokussierung nahe der Oberfläche erhöht die Leistungsdichte am Schnittbeginn. Dies beschleunigt das anfängliche Schmelzen und stabilisiert die Durchstoß- und frühe Schnittbildung. Auch bei feinen Details ist dies von Vorteil, da der Strahl am Schnittanfang konzentriert ist.
Ist der Fokus zu hoch oder zu niedrig eingestellt, ist dies meist sofort erkennbar. Ein zu hoher Fokus kann zu unzureichender Eindringtiefe und instabilem Schnitt führen. Ein zu niedriger Fokus kann die obere Schnittkante verbreitern, die Verjüngung verstärken und ein unsauberes Schmelzbad erzeugen, das das Gas nicht abführen kann.
Hilfsgas
Beim Messingschneiden ist Stickstoff das Standard-Schutzgas. Es ist inert und trägt zu sauberen Schnittkanten mit geringer Oxidation bei. Die Funktion des Stickstoffs beim Messingschneiden ist mechanischer Natur. Er bläst das geschmolzene Metall aus dem Schnitt und verhindert dessen Wiederanhaften. Bei unzureichender Gaszufuhr wird Schlacke zu einem ständigen Problem.
Für dickeres Messing, kleine Schnitte und hochwertige Kanten ist oft ein hoher Anpressdruck erforderlich. Zustand, Ausrichtung und Abstand der Düse zum Blech sind dabei wichtiger, als viele Teams annehmen. Ist die Düse verschlissen, nicht zentriert oder verschmutzt, können selbst optimale Einstellungen zu Schlacke und Graten führen.
Checkliste für die schnelle Einrichtung (verwenden Sie diese, bevor Sie viele Parameter gleichzeitig ändern):
- Vergewissern Sie sich, dass die Düse sauber, zentriert und für die gewünschte Schichtdicke geeignet ist.
- Prüfen Sie, ob der Hilfsgasdruck während des Durchflusses stabil ist, nicht nur am Regler.
- Beginnen Sie mit hoher Leistung, leicht reduzierter Geschwindigkeit und einem Fokus nach oben.
- Stabilisieren Sie zuerst den Stich, dann kümmern Sie sich um die Kantenqualität.
Unser praktischer Arbeitsablauf für das Laserschneiden von Messing
Bei der Prototypenentwicklung erzielt man durch einen konsistenten Arbeitsablauf konstante Ergebnisse. Diesen Prozess befolgen wir, um das Schneiden von Messing vorhersehbar zu gestalten.
Design und Dateivorbereitung
Bereiten Sie zunächst die CAD-Datei für den Laser vor. Sehr enge Innenecken, dünne Wände und winzige Stege können sich durch die Hitze verziehen oder ausbrennen. Bei Messing sammeln sich zudem in kleinen Details mehr Wärme an, daher sind saubere Werkzeugwege und eine durchdachte Schnittreihenfolge unerlässlich.
Bei Präzisionsprototypen prüfen wir die wichtigsten Toleranzbereiche. Wir entscheiden, welche Kanten höchste Qualität erfordern und welche lediglich eine akzeptable Qualität aufweisen müssen. Diese Entscheidung beeinflusst die Geschwindigkeit, die Gasstrategie und ob wir kleine Verbindungen zur Bewegungsbegrenzung einsetzen.
Materialvorbereitung
Reinigen Sie die Messingoberfläche, um Öl, Fingerabdrücke und Anlaufen zu entfernen. Schmutz und Öl können die Bildung der ersten Schmelze beeinträchtigen und zu verstärkten Verfärbungen um den Schnitt herum führen. Ebenheit ist wichtig, da Fokus und Düsenabstand nur bei ebener Blechoberfläche korrekt eingestellt sind.
Die richtige Spannvorrichtung ist ein oft übersehener, aber entscheidender Faktor für die Qualität. Hebt sich das Blech beim Schneiden an, verschiebt sich der Fokus, der Gasfluss wird schwächer und der Schnitt kann misslingen. Bei dünnem Messing reduzieren eine stabile Auflage und gute Stützleisten Vibrationen und verbessern die Wärmeverteilung.
Durchstechstrategie für reflektierendes Messing
Das Durchstechen ist die risikoreichste Phase. Ziel ist es, das massive, reflektierende Messing so schnell und sicher wie möglich in ein stabiles Schmelzbad zu verwandeln. Eine kontrollierte Durchstichstrategie, oft mit gestaffelter Leistung, kann Spritzer reduzieren und den Schmelzvorgang stabilisieren.
Sobald der Einstich stabil ist, sollte der Schnitt möglichst durchgehend geführt werden. An kritischen Kanten ist es wichtig, nicht anzuhalten und neu zu beginnen. Jeder Neustart wirkt wie ein kleiner Einstich und kann Spuren, zusätzliche Schlacke oder lokale Verfärbungen hinterlassen.
Reduzierung der Ausführungs- und In-Process-Prüfungen
Beim Schneiden achten wir auf drei Dinge: das Geräusch des Schnitts, das Aussehen der Schweißfahne und die Schlacke an den Prüfteilen. Ein stabiler Messingschnitt zeichnet sich in der Regel durch eine gleichmäßige Schweißfahne und einen stetigen Auswurf aus. Ein instabiler Schnitt spritzt, weist unregelmäßige Funkenbildung auf oder zeigt plötzliche Änderungen der Schweißfahnenrichtung.
Wenn sich Schlacke bildet, korrigieren wir Gaszufuhr und Drehzahl, bevor wir die Leistung anpassen. Sollte der Schnitt nicht mehr optimal funktionieren, verringern wir die Drehzahl und überprüfen Fokus und Düsenausrichtung erneut. Ziel ist es, den Prozess zu korrigieren, bevor es zu erneutem Durchstechen kommt.
Nachbearbeitung
Selbst bei sauberen Messingschnitten können kleine Kantenfehler auftreten. Durch Entgraten werden scharfe Kanten entfernt und die Passgenauigkeit und Haptik der Teile verbessert. Die Reinigung beseitigt Rückstände und trägt zur Wiederherstellung des Messingglanzes bei, insbesondere bei ausstellungsreifen Teilen.
Bei Teilen, die ihren Glanz behalten müssen, empfiehlt sich nach der Reinigung ein Oberflächenschutz. Messing kann mit der Zeit anlaufen, und die Handhabung beschleunigt diesen Prozess. Bei Prototypen konzentrieren wir uns daher zunächst auf saubere, sichere Kanten. Erst dann tragen wir einen Schutz auf, falls dies für das Projekt erforderlich ist.
Häufige Probleme
Messing verrät Ihnen die Fehlerursache, wenn Sie die Symptome richtig deuten. Am schnellsten finden Sie den Fehler, indem Sie ihn der wahrscheinlichsten Ursache zuordnen. Passen Sie dann jeweils eine Einstellung an.
Grate und raue Kanten
Grate an Messing deuten oft auf einen instabilen Schmelzauswurf hin. Sie können auch bedeuten, dass der Schnittpfad zusammenbricht. Überprüfen Sie zunächst die Stickstoffzufuhr und den Zustand der Düse. Ein unzureichender Gasfluss erzeugt selbst bei ausreichender Leistung Grate. Prüfen Sie anschließend, ob die Fokusposition noch nahe der Oberfläche liegt.
Sollten weiterhin Grate entstehen, reduzieren Sie die Drehzahl leicht, um ein Absterben des Schnitts zu verhindern. Bei zu starker Reduzierung der Drehzahl können sich die Grate in Schlacke verwandeln. Nehmen Sie kleine Anpassungen vor und testen Sie erneut an einem Reststück.
Schlacke/Ablagerungen an der Unterkante
Schlacke am unteren Rand deutet in der Regel auf eine unzureichende Hilfsgaszufuhr hin. Erhöhen Sie den Stickstoffdruck innerhalb der zulässigen Grenzen Ihrer Maschine. Prüfen Sie, ob die Düse korrekt ausgerichtet und unbeschädigt ist. Auch bei zu geringer Drehzahl und zu großem Schmelzbad kann sich vermehrt Schlacke bilden.
Wenn nur in bestimmten Bereichen Schlacke entsteht, sollten Sie die Wärmeentwicklung und die Schnittreihenfolge überprüfen. Das Bearbeiten benachbarter Elemente nacheinander kann zu Überhitzung führen und das Schmelzverhalten des Metalls verändern. Durch Vergrößern des Werkzeugwegs oder Ändern der Schnittreihenfolge lässt sich dies reduzieren.
Unvollständige Schnitte oder Schnittlöschung
Wenn der Schnitt stoppt, ist es besonders wichtig, ein erneutes Durchstechen wichtiger Kanten zu vermeiden. Unvollständige Schnitte treten häufig auf, wenn die Schnittgeschwindigkeit für die Leistung und die Gaszufuhr etwas zu hoch ist. Dies gilt insbesondere, wenn das Blech nicht vollkommen plan ist.
Verringern Sie die Geschwindigkeit leicht. Überprüfen Sie Fokus und Düsenabstand und stellen Sie sicher, dass das Blech gut aufliegt. Falls es an engen Ecken oder kleinen Details zu Fehlern kommt, reduzieren Sie die Kurvengeschwindigkeit oder passen Sie den Bahnverlauf an, um einen gleichmäßigen Energieeintrag zu gewährleisten.
Randverfärbung oder Anlaufen
Verfärbungen entstehen üblicherweise durch Hitzeeinwirkung. Die Hitze lässt sich durch leichtes Erhöhen der Schnittgeschwindigkeit reduzieren, jedoch nur, wenn der Schnitt stabil bleibt. Ein starker Stickstoffstrom ist wichtig, um das geschmolzene Metall abzuführen. Bei unzureichendem Gasstrom kann die Hitze verbleiben, da sich das Metall wieder anlagert und erneut erhitzt.
Prüfen Sie außerdem den Reinheitsgrad des Materials. Öle können einbrennen und Flecken hinterlassen. Sauberes Plattenmaterial und eine sorgfältige Nachbearbeitung nach dem Zuschnitt verbessern das Aussehen Ihrer Teile erheblich.
Verformung dünner Bleche
Verformungen entstehen, wenn sich Wärme schneller aufbaut, als das Blech sie abgeben kann. Verbessern Sie die Unterstützung, ändern Sie die Schnittreihenfolge, um lokale Wärmeentwicklung zu reduzieren, und vermeiden Sie es, viele enge Konturen im selben Bereich direkt nacheinander zu schneiden. Bei dünnem Messing können selbst kleine Änderungen der Einstellungen die Planheit beeinträchtigen.
Bei starkem Verzug empfiehlt es sich, kleine Verbindungsstellen einzubauen, um ein Absinken oder Anheben der Teile während des Zuschnitts zu verhindern. Diese können beim Nachbearbeiten wieder entfernt werden. Das ist oft schneller, als während des gesamten Zuschnitts mit instabilen Teilen zu kämpfen.
Abschluss
Sauberes Schneiden von Messing ist keine Frage der “magischen Einstellung”. Es geht darum, die Reflexionsphase durch einen schnellen, stabilen Durchstoß zu verkürzen. Dazu ist ein gleichmäßiger, flüssiger Schnitt erforderlich, und Stickstoff sorgt für einen sauberen Ausstoß der Schmelze. Wenn Leistung, Geschwindigkeit, Fokus und Schutzgas optimal zusammenwirken, lässt sich das Schneiden von Messing präzise steuern. Dies gilt selbst für enge Prototypentoleranzen und feinste Details.
Bei Yonglihao Machinery fertigen wir Prototypen und Kleinserien von Bauteilen. Wir nutzen unsere Laserschneidservice Wir setzen Ihre CAD-Entwürfe schnell in die Realität um. Benötigen Sie für Ihr Messingprojekt saubere Kanten, wiederholgenaue Formgebung und weniger Testläufe? Teilen Sie uns Ihre Zeichnung und die gewünschte Wandstärke mit. Wir helfen Ihnen, das optimale Schneidverfahren zu wählen und liefern passgenaue Teile auf Anhieb.
Häufig gestellte Fragen
Welcher Lasertyp eignet sich am besten zum Schneiden von Messing?
Ein Faserlaser ist in der Regel die beste Wahl. Seine Wellenlänge wird von Metallen besser absorbiert. Dadurch lässt sich schnell ein Schmelzbad bilden, was das Schneiden von reflektierenden Kupferlegierungen stabiler macht. CO₂-Systeme haben bei Messing mehr Schwierigkeiten, da das Material einen Großteil der Laserenergie reflektiert.
Warum bevorzugen wir Stickstoff beim Messingschneiden?
Stickstoff wird bevorzugt, da er für sauberere Schnittkanten mit minimaler Oxidation sorgt. Er verdrängt das geschmolzene Messing mechanisch aus dem Schnittbereich. Dies ist entscheidend für die Vermeidung von Schlacke. Bei unzureichender Stickstoffzufuhr bildet sich selbst bei ausreichend hoher Leistung häufig Schlacke an der Schnittkante.
Wie beeinflusst die Dicke die Wahl von Leistung und Geschwindigkeit?
Dickeres Messing erfordert in der Regel höhere Leistung und niedrigere Drehzahl, um einen gleichmäßigen Schmelzschnitt zu gewährleisten. Ziel ist es, schnell zu durchstechen und den Schnitt nicht zu unterbrechen. Wiederholtes Durchstechen führt zu Instabilität und beeinträchtigt die Schnittqualität. Eine gute Faustregel ist, mit hoher Leistung zu beginnen und dann Drehzahl und Gaszufuhr an die gewünschte Materialstärke und Qualitätsanforderungen anzupassen.
Lässt sich Messing zuverlässig für filigrane Designs bearbeiten?
Ja, aber Sie benötigen einen stabilen Einstich, einen korrekten Fokus und eine starke Gasabführung. Komplexe Strukturen konzentrieren die Wärme, daher sind die Schnittreihenfolge und die Stützstruktur wichtiger als bei einfachen Formen. Bei Prototypen ist es oft hilfreich, nahe beieinander liegende Strukturen im Werkzeugweg zu verteilen. Dadurch wird eine Überhitzung kleiner Bereiche vermieden.
Welche Wartungsarbeiten sind bei reflektierenden Metallen am wichtigsten?
Saubere, ausgerichtete Optiken und ein einwandfrei gewartetes Düsensystem sind von größter Bedeutung. Reflektierende Metalle beeinträchtigen ungenaue Ausrichtung und verschmutzte Optiken erheblich. Stabilität hängt von einer vorhersehbaren Energie und einem präzisen Gasfluss ab. Regelmäßige Kontrollen der Düse, ihrer Zentrierung und des Gasdrucks verhindern viele “zufällige” Fehlschläge beim Messingschneiden.
Warum sieht der Schnitt manchmal gut aus und misslingt dann plötzlich?
Dies geschieht üblicherweise, wenn der Schnitt instabil wird. Geringfügige Änderungen der Temperatur, des Fokus oder des Gasflusses können dies verursachen. Messing lässt sich im flüssigen Zustand gut schneiden. Wird der Gasausstoß jedoch ungleichmäßig oder bewegt sich das Blech, kann der Schnitt schnell zum Stillstand kommen. Geringfügige Geschwindigkeitsreduzierungen und eine bessere Unterstützung stellen die Stabilität oft ohne größere Veränderungen wieder her.
