Laserschneiden

Laserschneiden gehört zu den wichtigsten Bearbeitungsmethoden in unserer Firma. Seit 27 Jahren bieten wir unseren Kunden Laserzuschnitte im Bereich von 6.000 bis 2.000 mm an. Im Lauf der Jahre wurde regelmäßig in die neuste CNC-Maschinentechnik investiert, damit wir unseren Kunden immer die besten Bearbeitungsmöglichkeiten bieten können. Auch unsere Laser-Abteilung wurde in den letzten drei Jahren deutlich ausgebaut.

• XXL Laserschneiden von Blechen im Arbeitsbereich von 16.000 x 4.000 mm
• Zusätzlich drei Laseranlagen für Zuschnitte im Bereich von 6.000 x 2.000 mm
• Fasenschneiden bis 45 Grad bis 16 m Länge
• Filigrane Blechzuschnitte mit dem neuen „BrightLine“-Schneidverfahren von Trumpf
• Hochwertigere Zuschnitte bei dickeren Materialien durch das Trumpf „CoolLine“-Verfahren

Laserschneiden von Großteilen

Die Maschine bietet neben dem gewaltigen Bearbeitungsbereich von 16.000 x 4.000 mm noch folgende Vorteile:

• Die Laserbearbeitung erfolgt schneller und ermöglicht in bisher unerreichter Qualität.
• Beladen und Schneiden erfolgt gleichzeitig, wodurch Auftragsbearbeitungszeiten reduzieren werden.
• Die neue Anlage ist sehr robust und deutlich einfacher zu warten. Dadurch reduzieren sich Ausfallzeiten auf ein Mindestmaß.
• Sie verfügt über einen Fasenkopf, mit dem Fasen bis zu 45 Grad herausgeschnitten werden können. So erfolgt Fasen- und Materialzuschnitt im gleichen Arbeitsschritt.
• Mit unserer neuen Anlage erweitern wir unsere Kapazität um ein Vielfaches. Dadurch sind wir in der Lage Ihre Aufträge noch schneller zu bearbeiten.

CoolLine & BrightLine Schneidverfahren

2015 stellten wir noch eine weitere Anlage zum Laserschneiden in den Dienst. Diese Maschine verfügt über die modernsten Schneidverfahren, die die Firma Trumpf zurzeit bietet. Mit der vierten Anlage erhöhen wir nochmals unsere Laser-Kapazität. Insbesondere ist die extrem hohe Schnittgeschwindigkeit hervorzuheben.

• BrightLine – Schneidverfahren

  Der Schneidkopf unserer neuen Maschine ist für das BrightLine – Schneidverfahren ausgerüstet. Dieses Verfahren verringert die Rauheit der Schnittkante deutlich. So gewinnen besonders Werkstücke aus dickeren Materialien an Qualität. Die neue Maschine kann Stahl und Edelstahl bis 25 mm Dicke so zuschneiden, dass keine Nachbearbeitung notwendig ist. Außerdem verbessert BrightLine auch die Rechtwinkligkeit der Schnittkante.

• Werkstück-Kühlung durch CoolLine

  Ein weiterer großer Vorteil besteht in dem neuartigen Kühlsystem, welches das Werkstück während des Zuschneidens gezielt abkühlt. Dies verbessert die Prozesssicherheit, vor allem bei größeren Materialstärken. Außerdem können viel filigranere Konturen zugeschnitten werden, als es ohne Kühlung möglich gewesen wäre. CoolLine ermöglicht auch die effizientere Auslastung von Blechtafeln und hilft so deutlich Materialverschnitt zu verringern.

Einfluss der Materialqualität auf den Laserschnitt

Die Qualität der Schnittfläche ist sehr stark von der Materialgüte und deren Oberfläche abhängig. Dabei stellen unter anderem die chemische Zusammensetzung sowie die Homogenität des Materials wichtige Faktoren dar.

Durch Strahlen verfestigte Oberflächen, durch Rost sowie Zunder kann es zu einer Verschlechterung der Laserschnittqualität kommen. Es können sich Riefen und Auswaschungen bilden. Aber auch Aufkleber und Beschriftungen beeinflussen das Laserschneiden bzw. machen das Schneiden unmöglich, wenn man diese nicht entfernt.

Für Laserteile mit einer hohen Anforderung an die Schnittfläche kann Material eingesetzt werden, das speziell für das Laserschneiden entwickelt wurde.

Welche Schneideverfahren gibt es?

Brennschneiden

Bei diesem Verfahren wird Sauerstoff in den Einwirkungsbereich des Laserstrahls eingeblasen. Sauerstoff ist ein sehr reaktionsfreudiges Gas und führt dazu, dass das aufgeschmolzene Material augenblicklich verbrennt. Brennschneiden ist im Vergleich zum Schmelzschneiden schneller, da Sauerstoff die Hitzeentfaltung des Strahls verstärkt und den Schneidvorgang unterstützt. Reaktionen des Sauerstoffes mit Metallen haben jedoch auch Nachteile. Häufig müssen die oxidierten Schnittkanten gereinigt und entzundert werden. Brennschneiden darf nur bei Stahlprodukten angewandt werden.

Schmelzlaserschneiden

Der scharf gebündelte Gasstrahl entfernt die Schmelze aus den Schnittfugen und vermeidet auch die Schlacke- und Zunderbildung. Stickstoff geht keine Verbindungen mit anderen Elementen ein.

Gase mit diesen Eigenschaften nennt man „Inerte Gase“ oder „Schutzgase“. Neben Stickstoff haben auch Argon und Helium Eigenschaften, welche häufig auch als Gasgemisch beim der Laserbearbeitung eingesetzt werden.

Kostenbeeinflussende Faktoren beim CNC Laserschneiden?

Auswahl der richtigen Materialdicke

Unsere Laserschneideanlagen haben eine Leistung von 4.000 bzw. 6.000 Watt. Die Schnittgeschwindigkeit muss an die Materialstärke angepasst werden. Laserteile aus dünneren Blechen werden zügig ausgeschnitten. Bei stärkeren Blechen muss die Geschwindigkeit herabgesetzt werden, um eine glatte Schnittkante zu erhalten. Aus diesem Grund ist der Zuschnitt von stärkeren Blechteilen zeit- und kostenintensiver.

Aussparungen & Konturen

Es steht außer Frage, dass das Herausschneiden komplizierter Konturen mehr Zeit in Anspruch nimmt, als das Erstellen einfacher geometrischer Formen. Muss das Werkstück zusätzlich mit Aussparungen versehen werden, erhöht sich der Zeitaufwand deutlich. Zuerst durchbohrt der Strahl das Blech (Pfeil 1). Diesen Vorgang nennt man Einstechen und erfolgt mit gedrosselter Laserleistung. Würde der Laserstrahl mit voller Energie auf die glatte Fläche des Werkstoffes treffen, könnte ein Teil des Laserstrahls reflektieren.

In ungünstigen Fällen könnte so die Linse des Schneidkopfes beschädigt werden. Um beim CNC Laserschneiden saubere Schnittkanten zu erhalten, sticht der Laser durch das Material in der Mitte der Aussparung, die Maschine führt den Strahl an der programmierten Kante entlang, (Pfeil 2) und schneidet die Aussparung mit einer sauberen Schnittkante (Pfeil 3) aus.

Wirkung verschiedener Gase 

Die Wahl des Schneidgases hat einen direkten Einfluss auf die Produktionskosten. Bei der Sauerstoffzufuhr reicht beim Brennschneiden ein Gasdruck von 1 bar aus, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Da beim Schmelzschneiden das verflüssigte Metall ausgeblasen wird, muss dabei Stickstoff auf einen Druck von 20 bar gebracht werden. Für den Aufbau dieses hohen Druckes ist viel Stickstoff nötig, was einen Einfluss auf die Kosten hat.

Welche Vorteile hat CNC-Laserschneiden gegenüber anderen Schneidverfahren?

Es können verschiedene Materialien mit den gleichen Maschinen geschnitten werden. Auch die Verarbeitung anderer Werkstoffe ist theoretisch möglich. Die Maschine ist in der Lage, aufgrund der Computersteuerung, verschieden geformte Laserteile aus einer Blechtafel herausschneiden. So können mehrere Aufträge gleichzeitig bearbeitet werden.

Jede erdenkliche Form ist möglich, was gegenüber dem Scheren einen großen Vorteil darstellt. Der Kreativität sind keine Grenzen gesetzt. Computerprogramme helfen bei der Positionierung der Werkstücke. So werden zum Beispiel kleinere Laserteile in Bereichen angeordnet, die bei konservativer Metallbearbeitung ungenutzt geblieben wären. 

Beim Einsatz von Stickstoff entfällt eine aufwendige Nachbearbeitung der Schnittkanten. Unsere flexiblen Einsatzmöglichkeiten ermöglichen auch die Herstellung von Einzelstücken oder kleiner Serien.

Gibt es auch Nachteile?

Trotz vieler Vorteile hat Laserschneiden leider auch ein paar wirtschaftliche und finanzielle Nachteile.

• Die Anschaffungskosten für eine Anlage sind sehr hoch.
• Anforderungen an den Arbeitsschutz sind sehr streng.
• CNC Laserschneiden verbraucht sehr viel Energie.
• Auf den Einsatz von Schutzgasen darf nicht verzichtet werden.

Zum Schmelzschneiden kommt Stickstoff zum Einsatz, der beim Schneidvorgang mit hohem Druck in die Schnittfuge eingeblasen wird. Der Gasverbrauch ist bei großen Maschinen extrem hoch und stellt einen entscheidenden Kostenfaktor dar.

Eine weitere Herausforderung stellt die Stärke des Materials dar. Unsere Laserschneideanlagen können Stahl bis 25 mm Dicke schneiden. Je mächtiger das Blech ist, desto langsamer muss der Zuschnitt erfolgen um das Metall komplett zu zertrennen. Umso langsamer sich der Laserstrahl durch das Material schneidet, desto mehr Wärme wird in das Blech übertragen. Die zusätzliche Wärme hat zur Folge, dass im Schneidspalt mehr Material aufgeschmolzen wird als eigentlich gewollt.

Dabei entsteht ein, für das Laserschneiden charakteristisches Riffelmuster, welches so stark ausgeprägt sein kann, dass die Materialkanten nachbearbeitet werden müssen, um die bestmögliche Produktqualität zu gewährleisten. Diese Nachbearbeitung ist sehr zeitaufwendig und verursacht zusätzliche Kosten. Dies ist auch der Grund, dass die Laserbearbeitung bei dickeren Materialstärken nicht mehr so wirtschaftlich ist.

Bei dickeren Werkstücken kann auch noch ein weiteres Problem auftreten. Der Laserstrahl wird beim Einstechen minimal abgelenkt und erzeugt so eine leicht geneigte Schnittkante. Dabei kann die Maßhaltigkeit des Produktes beeinträchtigt werden. So kann auf eine Nachbearbeitung häufig nicht verzichtet werden. Leider ist die Korrektur der Materialkanten mit Zeit und Geld verbunden. Bei geringeren Materialstärken spielt die Ablenkung des Laserstrahls keine nennenswerte Rolle.

Einstellung der Düsenmittigkeit (Tapeshot)

Um Winkelabweichungen schon im Vorhinein auszuschließen muss darauf geachtet werden, dass der Laserstrahl mit der genausten Ausrichtung durch die Linse geleitet wird.

Vor dem Start des Schneidevorgangs muss der Austrittswinkel des Strahles überprüft werden, indem der Laserstrahl einen Klebestreifen zersticht. Der „Tapeshot“ ermöglicht eine bestmögliche Justierung, um Produkte in vorzüglicher Qualität herzustellen. Erst wenn der Strahl absolut zentriert den Schneidkopf verlässt, startet der Schneidprozess. Erst bei höheren Materialdicken ist die Abweichung so groß dass eine Nachbearbeitung des Werkstückes notwendig ist.

Wie ist eine Laseranlage aufgebaut?

Aufbau & Funktionsweise

Unsere Laseranlagen sind zum Zuschneiden ebener Blechtafeln geeignet. Laserschneiden von Kunststoffen und anderen Materialien kann aufgrund der hohen Leistung nicht erfolgen, da sie leicht verbrennen. Es können nur metallische Werkstoffe bearbeitet werden.

Technischer Aufbau

Laseranlagen sind im Prinzip immer gleich aufgebaut. Das Herzstück ist der Laserschneidkopf, welcher über Führungsschienen in drei Achsen bewegt wird. Durch Justierung der Z-Achse passt sich der Schneidkopf an die Höhe des Werkstücks an. Gesteuerte Vorschübe von X- und Y-Achse steuern den Laserschneidkopf an jedem beliebigen Punkt.

Da unsere Laseranlagen die genaue Position des Materials erkennen, genügt es das Blech nach Augenmaß auf den Werktisch zu legen. Sollte die Ausrichtung um ein paar Grad abweichen, korrigiert dies die Computersteuerung vollautomatisch. Laserstrahlen reflektieren auf glänzenden Oberflächen. Bei dieser hohen Leistung sind selbst bei zurückgeworfenen Strahlen, Hautverbrennungen bzw. Augenverletzungen möglich. Aus diesem Grund ist der Schneidkopf mit einer Schutzkabine abgeschirmt.

Die Kabine soll nicht nur vor Strahlung schützen sondern auch vor der Emissionen von Staub und Gasen. Unsere Maschinen entwickeln im Brennpunkt eine Gesamtleistung von 10 Millionen Watt. Diese Leistung erhitzt das Blech so stark, dass es verdampft. Hochlegierte Baustähle sind mit einer Vielzahl von Elementen wie Chrom, Nickel, Kupfer oder Titan versehen und haben im gasförmigen Zustand eine gesundheitsgefährdende Wirkungen.

Auch Feinstaub, mit einer Partikelgröße von einem bis fünf Mikrometer, kann dem menschlichen Körper gefährlich werden. Die Kabine ist mit einer Absaugvorrichtung und einer professionellen Filteranlage ausgestattet, um Emissionen zu minimieren.

Materialzuführung

Unsere Laseranlagen haben Palettenwechsler mit je zwei Paletten. Diese befinden sich in der Ausgangsstellung außerhalb der Schutzkabine. In dieser Position sind beide Paletten übereinander gestapelt. Das Werkstück wird auf die obere Palette gelegt und in die Kabine gefahren.

Während des Blechzuschnittes kann das nächste Werkstück auf die zweite Palette gelegt werden. Nach der Fertigstellung erfolgt ein Austausch der Paletten.

Filme von der Laserbearbeitung

Die Aufnahmen wurden im Testbetrieb aufgenommen und zeigen, wie der Zuschnitt von Fasen funktioniert. Im Normalbetrieb ist der Laserkopf aus Sicherheitsgründen von der Außenwelt abgeschirmt, sodass der Zuschnitt der Teile unsichtbar ist.