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Die herausragende Leistungsfähigkeit, Präzision und vielseitige Anpassbarkeit bei zumeist geringen Kosten machen den Laser zu einem praktikablen Werkzeug für die industrielle Materialbearbeitung. Insbesondere das Laserschweißen als äußerst flexibles und für verschiedenste Materialien geeignetes Trennverfahren hat sich dort seit vielen Jahren bewährt und ist inzwischen beispielsweise aus der Automobilindustrie nicht mehr wegzudenken. 

Wie jedes Trennverfahren dient das Laserschneiden dabei vereinfacht gesagt der Aufgabe, aus einem Werkstück eines oder mehrere kleinere Teile für die weitere Bearbeitung herauszuschneiden. Dazu erhitzt der Laser das Werkstück entlang einer Kontur so stark, dass es dort lokal schmilzt, verdampft oder sich zersetzt. Infolgedessen hat das Werkstück entlang der so entstandenen Fuge keinen Zusammenhalt mehr. Die so entstandenen Einzelteile lassen sich getrennt entnehmen und weiterverwenden. 

Da das Laserschneiden das Werkstück auf nichtmechanische Weise trennt, kategorisiert man es üblicherweise als eine Art des sogenannten Abtragens. Im Gegensatz dazu stehen mechanische Methoden wie etwa das Zerteilen mittels Messer oder Scheren sowie das Zerspanen, bei welchem beispielsweise Sägen oder Hobel das Werkstück trennen. 

Das Abtragen selbst kann erneut auf verschiedene Weisen geschehen, sodass man hier die Art der Energiezufuhr zur tieferen Einteilung heranzieht. Letzten Endes handelt es sich beim Laserschneiden also um thermisches Abtragen, welches gemeinhin auch als thermisches Trennen bezeichnet wird. Somit steht das Laserschneiden in Konkurrenz zu anderen bedeutenden thermischen Trennverfahren wie dem Plasmaschneiden sowie dem Brennschneiden. 

Vor- und Nachteile des Laserschneidens 

Typisch für das Laserschneiden ist die herausragende Schnittqualität. So sind die Schnittkanten zumeist äußerst glatt und frei von Ablagerungen oder erhärteter Metallschmelze. Die im Allgemeinen recht hohe Schnittgeschwindigkeit ist ein weiterer Vorteil des laserbasierten Trennens. Des Weiteren können mit einer Laseranlage dank ihrer flexiblen Programmierbarkeit auch Serien mit geringen Stückzahlen ohne nennenswerte einmalige Kosten zurechtgeschnitten werden, was einen großen Vorteil gegenüber den schnelleren, jedoch unsauberer arbeitenden Blechstanzen darstellt. Die thermische Belastung für das Material um die Schnittfuge herum ist geringer als bei anderen thermischen Verfahren, außerdem wirkt beim Laserschneiden keine mechanische Belastung auf das Werkstück, was sich bei der Bearbeitung weicher Materialien auszahlt. 

Seine Grenzen findet das Laserschneiden bei dicken Materialien, welche sich mit Plasma- oder Brennschneiden wesentlich besser bearbeiten lassen. Für das Zuschneiden flacher Bleche in großen Stückzahlen ist das Stanzen aufgrund seiner höheren Geschwindigkeit bei niedrigen Kosten besser geeignet. 

Die passende Wahl eines geeigneten Lasers und seiner Leistung vorausgesetzt, eignen sich überraschend viele Materialien zur Bearbeitung durch Laserschneiden. Metalle mit einer Dicke von einigen Zentimetern lassen sich auf diese Weise schnell und kostengünstig schneiden. Auch Kunststoffe und Glas können so bearbeitet werden. Leder und Holz trennt ein entsprechend eingestellter Laserstrahl schnell und präzise, selbst hitzebeständige Keramiken lassen sich unter Verwendung des richtigen Lasers sehr gut trennen. 

Anforderungen an die Lasersysteme

Um also die Wahl des richtigen Lasers für die jeweilige Anwendung nachvollziehen zu können, ist es nützlich, sich zunächst einen Überblick über die Anforderungen an das jeweilige System zu verschaffen. Eine der wichtigsten Größen dabei ist ganz klar die Laserleistung. Einerseits wird insbesondere in der Metallbearbeitung verhältnismäßig viel Energie benötigt, um den Werkstoff überhaupt zum Schmelzen oder Verdampfen zu bringen, sodass hohe Leistungen hier unerlässlich sind. Andererseits steigt mit der Laserleistung in den meisten Fällen auch die Geschwindigkeit, mit welcher das Material geschnitten wird. Ein entsprechend leistungsstarker Laser bedeutet hier also eine beachtliche Zeit- und Geldersparnis. 

Ebenso wichtig wie die pure Leistungsfähigkeit des Lasers ist der sogenannte Absorptionsgrad des Materials, das es zu bearbeiten gilt. Dieser gibt Auskunft darüber, wie viel von der auftreffenden Strahlung auch tatsächlich vom Werkstoff absorbiert und infolgedessen zum Erhitzen des Materials verwendet wird. Die nicht absorbierte Strahlung wird dabei entweder reflektiert oder geht ungehindert durch das Werkstück hindurch. In beiden Fällen wird sie dabei nicht zur gewünschten Erhitzung des Werkstoffes genutzt, weswegen ein höherer Absorptionsgrad die Energieausbeute und damit letztlich die Schneidgeschwindigkeit erhöhen würde. Da der Absorptionsgrad von der Wellenlänge, sprich der Farbe des Laserlichts, abhängt, lässt sich dieser am besten durch die Wahl eines geeigneten Lasers beeinflussen. 

Um die Energie des Laserstrahls auf einen möglichst kleinen Bereich zu konzentrieren und somit gleichzeitig möglichst präzise und schnelle Schnitte zu ermöglichen, wird das Laserlicht typischerweise gebündelt. Das funktioniert nicht mit jedem Lasersystem gleichermaßen gut, sodass auch die sogenannte Fokussierbarkeit des jeweiligen Lasers als Kriterium für dessen Eignung herangezogen wird. Obendrein sollte sich der Laserstrahl nicht zu stark aufweiten. Diese beiden Eigenschaften werden im Folgenden unter dem Begriff der Strahlqualität zusammengefasst. 

Abhängig vom konkreten Einsatz kann es auch erforderlich sein, den Laserstrahl komplizierte, dreidimensionale Bahnen verfolgen zu lassen. Über ein System aus Spiegeln lässt sich das nur schlecht realisieren, besser geeignet sind hier sogenannte Lichtwellenleiter, mit welchen sich Austrittsort und -richtung des Laserstrahls beliebig verändern lässt. Dazu wird das Laserlicht in eine Art Kabel eingestrahlt, welches biegbar ist und das Licht mitführt. Durch Bewegen des Kabelendes, beispielsweise durch einen programmierbaren Industrieroboter, wird schließlich der weitere Verlauf des Laserstrahls bestimmt. Diese überaus nützliche Technologie funktioniert allerdings nur mit einigen Lasern. Der viel genutzte CO2-Laser beispielsweise lässt sich auf diese Weise nicht steuern. Je nach Anwendung ist die Kompatibilität zu Lichtwellenleitern also ein weiteres Kriterium für die Wahl des geeigneten Lasers. 

Verwendete Systeme und ihre Anwendungsbereiche 

CO2-Laser dominieren vor allem aufgrund ihrer hohen Leistungen und sehr guten Strahlqualität seit Jahren das Laserschneiden. Insbesondere werden sie eingesetzt, um flaches Material zuzuschneiden. Edelstahl bis zu 30 mm Dicke, üblicher jedoch bis zu 15 mm, schneidet der CO2-Laser aufgrund seiner praktikablen Eigenschaften schnell und sauber. 

Auch Keramiken, Holz, Leder und Textilien schneidet der CO2-Laser sehr effizient, da diese dessen Licht besonders gut absorbieren. Außerdem leiten diese Materialien Wärme wesentlich schlechter als z.B. Stahl, sodass hier obendrein die thermische Belastung nahe der Schnittfuge besonders gering ist. 

Da der Strahl eines CO2-Lasers nicht mittels Lichtwellenleiter gelenkt werden kann, sind seine Einsatzmöglichkeiten bei dreidimensionalen Schnittkonturen auf einfache Verläufe begrenzt. 

Hier liegt ein klarer Vorteil des Nd:YAG-Lasers. Dieser Festkörperlaser lässt sich durch Lichtwellenleiter führen und bietet sich somit ideal für komplexe dreidimensionale Konturen an, welche präzise Schnitte erfordern. Obendrein liefert auch der Nd:YAG-Laser hohe Leistungen. Sein Licht wird von Metallen außerdem wesentlich besser absorbiert als das des CO2-Lasers. 

Auf der Gegenseite bietet der Nd:YAG-Laser jedoch eine schlechtere Fokussierbarkeit des Laserstrahls. Außerdem ist er nicht so wirtschaftlich wie der CO2-Laser. Daher konnte er diesen trotz fortschreitender technischer Entwicklungen bisher nicht verdrängen. Insbesondere im 2D-Zuschnitt ist der CO2-Laser nach wie vor das führende System.

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