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Laserschneidverfahren

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Beim Laserschneiden wird das Werkstück lokal so stark erhitzt, dass es am Ort der Einstrahlung durch Schmelzen, Verdampfen oder Zersetzen in flüchtige Bestandteile seinen Zusammenhalt verliert. 

Um chemische Reaktionen des heißen und somit reaktionsfreudigen Materials mit der Umgebungsluft zu verhindern, wird stets ein Gasstrahl mitgeführt, welcher auf die erhitzte Stelle zielt. Typische dafür verwendete Gase sind Stickstoff (N2) und Argon, die beide äußerst reaktionsträge sind und das Werkstück somit bestens vor ungewollten Reaktionen schützen. Wird anstatt dieser Gase Sauerstoff auf die Schnittstelle gestrahlt, so kann es dort zu einer Oxidation kommen, welche schließlich weitere Energie liefert und den Schneidvorgang somit teilweise enorm beschleunigt. 

Dabei hat das zugeführte Gas immer auch die Aufgabe, die anfallende Schmelze aus der Fuge zu blasen bzw. den entstandenen Dampf von der empfindlichen Laseroptik fernzuhalten. Dementsprechend unterscheidet man die Laserschneidetechniken hinsichtlich der anfallenden Abfallprodukte.

Laserstrahl-Schmelzschneiden

Beim Laserstrahl-Schmelzschneiden bringt der Laserstrahl das Werkstück entlang der zu schneidenden Kontur zum Schmelzen. Die anfallende Schmelze wird dabei ständig vom mitgeführten Gasstrahl, meistens Stickstoff oder Edelgase, aus der Fuge geblasen. Da hohe Gasdrücke nötig sind, um die zähflüssige Schmelze zu entfernen, wird dieses Verfahren gelegentlich auch als „Hochdruckschneiden“ bezeichnet. 

Da das Schmelzschneiden jegliche chemischen Reaktionen verhindert und die Energie in Form des Laserstrahls höchst konzentriert zugeführt wird, sind die Schnittkanten bei diesem Verfahren rechtwinklig, besonders präzise und obendrein frei von ungewollten Oxiden. Der zentrale Vorteil hierbei besteht also eindeutig in der besonders hohen Schnittqualität und darin, dass eine Nachbearbeitung hier in der Regel nicht nötig ist. 

Diese wird jedoch erkauft mit einem vergleichsweise hohen Gasverbrauch und dem, verglichen mit dem Laserstrahlbrennschneiden, höheren Bedarf an Laserleistung. Außerdem sind die Bleche, die sich auf diese Weise bearbeiten lassen, recht dünn. Zuletzt sei noch die vergleichsweise geringe Schnittgeschwindigkeit als Nachteil dieser, vorrangig auf Qualität ausgelegten Schnitttechnik, aufgeführt. 

Laserstrahl-Brennschneiden

Das Laserstrahl-Brennschneiden funktioniert zunächst genau wie das Schmelzschneiden, jedoch wird anstatt eines reaktionsträgen Gases reiner Sauerstoff auf die Schnittstelle geblasen. Dieser reagiert mit dem Werkstück und liefert, genau wie bei der Verbrennung von Holz oder Kerzenwachs auch, Wärmeenergie. Die so gewonnene zusätzliche Energie beschleunigt den Trennvorgang erheblich, da der Werkstoff somit natürlich wesentlich schneller schmilzt. Die anfallende Schmelze beseitigt auch hier der Sauerstoffstrahl direkt nach ihrer Entstehung.

Die zusätzliche Energie in diesem Verfahren ermöglicht vor allem eine höhere Schnittgeschwindigkeit. So lässt sich auf diese Weise bei gleicher Laserleistung zwei- bis sechsmal so schnell arbeiten wie mit dem Laserstrahlschmelzschneiden. Außerdem ermöglicht der Energiebonus ein Durchtrennen dickerer Materialien von bis zu 20 mm. Auch darüber hinaus wäre dieses Verfahren noch anwendbar, jedoch sind von dort an herkömmliche Schnitttechniken mit Flammen günstiger und präziser.

Dieser Gewinn an Geschwindigkeit und Blechdicke muss jedoch gegen einen gewissen Qualitätsverlust abgewogen werden. So sind die Schnittkanten bei diesem Verfahren naturgemäß immer von einer kleinen Oxidschicht überzogen. Da diese andere chemische Eigenschaften hat als das eigentliche Werkstück, kann es zu Problemen beim anschließenden Verschweißen oder Lackieren der Schnittstelle kommen. Die Oxidschicht lässt sich durch Nachbearbeitung beseitigen, was allerdings immer mit zeitlichem und finanziellem Aufwand verbunden ist.

Laserstrahl-Sublimationsschneiden

Beim Laserstrahl-Sublimationsschneiden fällt im Gegensatz zu den beiden vorangegangen Verfahren keine Schmelze an. Stattdessen wird das Werkstück durch den Laserstrahl so stark erhitzt, dass es vom festen Zustand aus direkt verdampft. Dies wird gemeinhin als Sublimation bezeichnet. Werkstoffe wie Holz erhitzt der Laser so stark, dass sie sich zunächst in kleinere chemische Bestandteile zersetzen, bevor diese dann letztlich verdampfen. Obwohl es sich dabei um keine Sublimation im engeren Sinne handelt, zählen auch solche Prozesse in die Kategorie des Sublimationsschneidens mit hinein.

Da bei diesem Verfahren keine Schmelze anfällt, ist der Gasstrahl zur Reinhaltung der Schnittfuge nicht nötig. Da sich der entstehende Dampf jedoch sofort an den empfindlichen Linsen und Spiegeln des Lasers festsetzen würde, wird auch hier ein Gasstrahl mitgeführt, der dies verhindert. Obendrein schützt das Gas den noch heißen Werkstoff in der Fuge vor ungewollter Oxidation.

Die Vorteile dieses Verfahrens sind insbesondere die sehr glatten Schnittkanten, welche nicht durch eventuell erhärtete Schmelze verunreinigt werden. Da Oxid an den Kanten ebenfalls nicht vorkommt, entfällt bei diesem Verfahren eine Nachbearbeitung des Werkstückes zur Oxidentfernung.

Auch diese Vorzüge haben ihren Preis. So erfordert das Laserstrahl-Sublimationsschneiden einen äußerst leistungsstarken Laser, welcher obendrein eine sehr hohe Strahlqualität aufweisen muss. Nicht zuletzt erhöhen diese Anforderung natürlich auch die Kosten im Vergleich anderen Verfahren.

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