Laserbearbeitung, Schneiden, LBM

LASERSCHNEIDEN is a HIGH-ENERGY-BEAM MANUFACTURING Technologie, die einen Laser zum Schneiden von Materialien verwendet und typischerweise für industrielle Fertigungsanwendungen verwendet wird. In LASER BEAM MACHINING (LBM) fokussiert eine Laserquelle optische Energie auf die Oberfläche des Werkstücks. Beim Laserschneiden wird die hochfokussierte und hochdichte Leistung eines Hochleistungslasers per Computer auf das zu schneidende Material gerichtet. Das Zielmaterial schmilzt, verbrennt, verdampft oder wird von einem Gasstrahl kontrolliert weggeblasen, wobei eine Kante mit hochwertiger Oberflächengüte zurückbleibt. Unsere industriellen Laserschneider eignen sich zum Schneiden von Flachmaterial sowie von Bau- und Rohrleitungsmaterialien, metallischen und nichtmetallischen Werkstücken. Im Allgemeinen wird bei Laserstrahlbearbeitungs- und -schneidprozessen kein Vakuum benötigt. Es gibt verschiedene Arten von Lasern, die beim Laserschneiden und in der Fertigung verwendet werden. Die gepulste oder kontinuierliche Welle CO2-LASER  eignet sich zum Schneiden, Bohren und Gravieren. The NEODYMIUM (Nd) and neodymium yttrium-aluminum-garnet (Nd-YAG) LASERS are identical im Stil und unterscheiden sich nur in der Anwendung. Das Neodym Nd wird zum Bohren und dort verwendet, wo hohe Energie, aber geringe Wiederholung erforderlich ist. Der Nd-YAG-Laser hingegen wird dort eingesetzt, wo sehr hohe Leistungen benötigt werden, sowie zum Bohren und Gravieren. Sowohl CO2- als auch Nd/Nd-YAG-Laser können für LASER WELDING verwendet werden. Andere Laser, die wir in der Fertigung verwenden, sind unter anderem Nd:GLASS, RUBY und EXCIMER. Bei der Laserstrahlbearbeitung (LBM) sind folgende Parameter wichtig: Das Reflexionsvermögen und die Wärmeleitfähigkeit der Werkstückoberfläche sowie deren spezifische Wärme und latente Schmelz- und Verdampfungswärme. Die Effizienz des Laser Beam Machining (LBM)-Prozesses steigt mit abnehmenden dieser Parameter. Die Schnitttiefe kann ausgedrückt werden als:

 

t ~ P / (vxd)

 

Das heißt, die Schnitttiefe „t“ ist proportional zur Leistungsaufnahme P und umgekehrt proportional zur Schnittgeschwindigkeit v und zum Laserstrahlfleckdurchmesser d. Die mit LBM erzeugte Oberfläche ist in der Regel rau und weist eine Wärmeeinflusszone auf.

 

 

 

KOHLENDIOXID (CO2) LASER SCHNEIDEN UND BEARBEITEN: Die DC-erregten CO2-Laser werden gepumpt, indem ein Strom durch das Gasgemisch geleitet wird, während die HF-erregten CO2-Laser Hochfrequenzenergie zur Anregung verwenden. Die HF-Methode ist relativ neu und erfreut sich zunehmender Beliebtheit. DC-Designs erfordern Elektroden innerhalb des Hohlraums und können daher Elektrodenerosion und Plattierung von Elektrodenmaterial auf der Optik aufweisen. Im Gegensatz dazu haben HF-Resonatoren externe Elektroden und sind daher nicht anfällig für diese Probleme. Wir verwenden CO2-Laser beim industriellen Schneiden vieler Materialien wie Baustahl, Aluminium, Edelstahl, Titan und Kunststoffe.

 

 

 

YAG-LASERSCHNEIDEN and MACHINING: Wir verwenden YAG-Laser zum Schneiden und Ritzen von Metallen und Keramik. Der Lasergenerator und die externe Optik müssen gekühlt werden. Abwärme wird erzeugt und durch ein Kühlmittel oder direkt an die Luft übertragen. Wasser ist ein übliches Kühlmittel, das normalerweise durch einen Kühler oder ein Wärmeübertragungssystem zirkuliert.

 

 

 

SCHNEIDEN UND BEARBEITEN MIT EXCIMER-LASER: Ein Excimer-Laser ist eine Art Laser mit Wellenlängen im ultravioletten Bereich. Die genaue Wellenlänge hängt von den verwendeten Molekülen ab. Beispielsweise sind den in Klammern angegebenen Molekülen die folgenden Wellenlängen zugeordnet: 193 nm (ArF), 248 nm (KrF), 308 nm (XeCl), 353 nm (XeF). Einige Excimerlaser sind abstimmbar. Excimerlaser haben die attraktive Eigenschaft, dass sie sehr feine Schichten von Oberflächenmaterial fast ohne Erwärmung oder Veränderung des restlichen Materials entfernen können. Daher sind Excimerlaser gut geeignet für die Präzisionsmikrobearbeitung von organischen Materialien wie einigen Polymeren und Kunststoffen.

 

 

 

GASUNTERSTÜTZTES LASERSCHNEIDEN: Manchmal verwenden wir Laserstrahlen in Kombination mit einem Gasstrom, wie Sauerstoff, Stickstoff oder Argon, um dünne Blechmaterialien zu schneiden. Dies geschieht mit a LASER-BEAM TORCH. Für Edelstahl und Aluminium setzen wir das schutzgasunterstützte Hochdruck-Laserschneiden mit Stickstoff ein. Dies führt zu oxidfreien Kanten zur Verbesserung der Schweißbarkeit. Diese Gasströme blasen auch geschmolzenes und verdampftes Material von Werkstückoberflächen weg.

 

 

 

In a LASER MICROJET CUTTING haben wir einen wasserstrahlgeführten Laser, bei dem ein gepulster Laserstrahl in einen Niederdruckwasserstrahl eingekoppelt wird. Wir verwenden es zum Laserschneiden, während wir den Wasserstrahl verwenden, um den Laserstrahl zu führen, ähnlich wie bei einer optischen Faser. Die Vorteile des Laser-Mikrostrahls sind, dass das Wasser auch Ablagerungen entfernt und das Material kühlt, es ist schneller als herkömmliches „trockenes“ Laserschneiden mit höheren Schneidegeschwindigkeiten, paralleler Schnittfuge und omnidirektionaler Schneidfähigkeit.

 

 

 

Beim Laserschneiden setzen wir verschiedene Verfahren ein. Einige der Verfahren sind Verdampfung, Schmelzen und Blasen, Schmelzblasen und Brennen, thermische Spannungsrissbildung, Ritzen, Kaltschneiden und Brennen, stabilisiertes Laserschneiden.

 

- Verdampfungsschneiden: Der fokussierte Strahl erhitzt die Oberfläche des Materials bis zum Siedepunkt und erzeugt ein Loch. Das Loch führt zu einer plötzlichen Erhöhung des Absorptionsvermögens und vertieft das Loch schnell. Wenn sich das Loch vertieft und das Material kocht, erodiert der erzeugte Dampf die geschmolzenen Wände, bläst Material heraus und vergrößert das Loch weiter. Nicht schmelzende Materialien wie Holz, Kohlenstoff und duroplastische Kunststoffe werden normalerweise mit dieser Methode geschnitten.

 

- Schmelz- und Blasschneiden: Wir verwenden Hochdruckgas, um geschmolzenes Material aus dem Schneidbereich zu blasen, wodurch die erforderliche Leistung verringert wird. Das Material wird bis zu seinem Schmelzpunkt erhitzt und dann bläst ein Gasstrahl das geschmolzene Material aus der Schnittfuge. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, die Temperatur des Materials weiter zu erhöhen. Mit dieser Technik schneiden wir Metalle.

 

- Thermische Spannungsrisse: Spröde Materialien sind empfindlich gegen thermischen Bruch. Ein Strahl wird auf die Oberfläche fokussiert, was eine lokalisierte Erwärmung und Wärmeausdehnung bewirkt. Dadurch entsteht ein Riss, der dann durch Bewegen des Balkens geführt werden kann. Wir verwenden diese Technik beim Glasschneiden.

 

- Stealth-Dicing von Siliziumwafern: Die Trennung mikroelektronischer Chips von Siliziumwafern erfolgt durch das Stealth-Dicing-Verfahren mit einem gepulsten Nd:YAG-Laser, die Wellenlänge von 1064 nm ist gut an die elektronische Bandlücke von Silizium (1,11 eV bzw 1117 Nanometer). Dies ist bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen beliebt.

 

- Reaktives Schneiden: Diese Technik wird auch als Brennschneiden bezeichnet und ähnelt dem Sauerstoffbrennschneiden, jedoch mit einem Laserstrahl als Zündquelle. Damit schneiden wir Kohlenstoffstahl in Dicken über 1 mm und sogar sehr dicke Stahlbleche mit geringer Laserleistung.

 

 

 

PULSLASER versorgen uns für kurze Zeit mit einem starken Energiestoß und sind sehr effektiv bei einigen Laserschneidprozessen, wie z. B. Lochstechen, oder wenn sehr kleine Löcher oder sehr niedrige Schnittgeschwindigkeiten erforderlich sind. Wenn stattdessen ein konstanter Laserstrahl verwendet würde, könnte die Hitze den Punkt erreichen, an dem das gesamte zu bearbeitende Teil schmilzt. Unsere Laser können CW (Continuous Wave) unter NC-Programmsteuerung (Numerical Control) pulsieren oder schneiden. Wir verwenden DOUBLE PULSE LASERS mit einer Reihe von Impulspaaren, um die Materialabtragungsrate und die Lochqualität zu verbessern. Der erste Impuls entfernt Material von der Oberfläche und der zweite Impuls verhindert, dass das ausgestoßene Material wieder an der Seite des Lochs oder Schnitts anhaftet.

 

 

 

Toleranzen und Oberflächengüte beim Laserschneiden und bei der Bearbeitung sind hervorragend. Unsere modernen Laserschneider haben Positioniergenauigkeiten im Bereich von 10 Mikrometern und Wiederholgenauigkeiten von 5 Mikrometern. Standardrauheiten Rz steigen mit der Blechdicke, nehmen aber mit Laserleistung und Schnittgeschwindigkeit ab. Die Laserschneid- und Bearbeitungsverfahren sind in der Lage, enge Toleranzen zu erreichen, oft innerhalb von 0,001 Zoll (0,025 mm). Die Teilegeometrie und die mechanischen Eigenschaften unserer Maschinen sind optimiert, um die besten Toleranzfähigkeiten zu erreichen. Oberflächenbeschaffenheiten, die wir durch Laserstrahlschneiden erzielen können, können zwischen 0,003 mm und 0,006 mm liegen. Im Allgemeinen erzielen wir problemlos Löcher mit einem Durchmesser von 0,025 mm, und Löcher mit einem Durchmesser von nur 0,005 mm und einem Verhältnis von Lochtiefe zu Durchmesser von 50 zu 1 wurden in verschiedenen Materialien hergestellt. Unsere einfachsten und gebräuchlichsten Laserschneider können Kohlenstoffstahlmetalle mit einer Dicke von 0,51–13 mm (0,020–0,5 Zoll) schneiden und können leicht bis zu dreißig Mal schneller sein als herkömmliches Sägen.

 

 

 

Die Laserstrahlbearbeitung wird häufig zum Bohren und Schneiden von Metallen, Nichtmetallen und Verbundwerkstoffen verwendet. Zu den Vorteilen des Laserschneidens gegenüber dem mechanischen Schneiden gehören eine einfachere Werkstückhaltung, Sauberkeit und eine geringere Verschmutzung des Werkstücks (da keine Schneide wie beim herkömmlichen Fräsen oder Drehen vorhanden ist, die durch das Material verunreinigt werden oder das Material verunreinigen kann, dh Anhaftungen). Die abrasive Natur von Verbundmaterialien kann es schwierig machen, sie mit herkömmlichen Verfahren zu bearbeiten, aber leicht mit Laserbearbeitung. Da sich der Laserstrahl während des Prozesses nicht abnutzt, kann die erzielte Präzision besser sein. Da Lasersysteme eine kleine Wärmeeinflusszone haben, besteht auch eine geringere Wahrscheinlichkeit, dass sich das geschnittene Material verzieht. Für einige Materialien kann das Laserschneiden die einzige Option sein. Laserstrahlschneideprozesse sind flexibel, und die faseroptische Strahlführung, einfache Befestigung, kurze Rüstzeiten und die Verfügbarkeit dreidimensionaler CNC-Systeme ermöglichen es dem Laserschneiden und der Laserbearbeitung, erfolgreich mit anderen Blechherstellungsverfahren wie dem Stanzen zu konkurrieren. Allerdings kann die Lasertechnologie manchmal mit den mechanischen Fertigungstechnologien kombiniert werden, um die Gesamteffizienz zu verbessern.

 

 

 

Das Laserschneiden von Blechen hat gegenüber dem Plasmaschneiden den Vorteil, dass es präziser ist und weniger Energie verbraucht, jedoch können die meisten Industrielaser nicht durch die größere Metalldicke schneiden, die Plasma kann. Laser, die mit höheren Leistungen wie 6000 Watt arbeiten, nähern sich in ihrer Fähigkeit, dicke Materialien zu schneiden, Plasmamaschinen an. Die Investitionskosten dieser 6000-Watt-Laserschneider sind jedoch viel höher als die von Plasmaschneidemaschinen, die dicke Materialien wie Stahlplatten schneiden können.

 

 

 

Es gibt auch Nachteile des Laserschneidens und -bearbeitens. Das Laserschneiden ist mit einem hohen Stromverbrauch verbunden. Industrielle Lasereffizienzen können zwischen 5 % und 15 % liegen. Der Stromverbrauch und die Effizienz eines bestimmten Lasers variieren je nach Ausgangsleistung und Betriebsparametern. Dies hängt von der Art des Lasers ab und davon, wie gut der Laser zur jeweiligen Arbeit passt. Die für eine bestimmte Aufgabe erforderliche Menge an Laserschneidleistung hängt von der Materialart, der Dicke, dem verwendeten Verfahren (reaktiv/inert) und der gewünschten Schneidgeschwindigkeit ab. Die maximale Produktionsrate beim Laserschneiden und -bearbeiten wird durch eine Reihe von Faktoren begrenzt, darunter Laserleistung, Prozesstyp (ob reaktiv oder inert), Materialeigenschaften und Dicke.

 

 

 

In LASER ABLATION  entfernen wir Material von einer festen Oberfläche, indem wir sie mit einem Laserstrahl bestrahlen. Bei geringem Laserfluss wird das Material durch die absorbierte Laserenergie erhitzt und verdampft oder sublimiert. Bei hohem Laserfluss wird das Material typischerweise in ein Plasma umgewandelt. Hochleistungslaser reinigen einen großen Fleck mit einem einzigen Impuls. Laser mit geringerer Leistung verwenden viele kleine Pulse, die über einen Bereich gescannt werden können. Beim Laserabtragen tragen wir Material mit einem gepulsten Laser oder bei ausreichender Laserintensität mit einem Dauerstrich-Laserstrahl ab. Gepulste Laser können extrem kleine, tiefe Löcher durch sehr harte Materialien bohren. Sehr kurze Laserpulse tragen Material so schnell ab, dass das umgebende Material nur sehr wenig Wärme aufnimmt, daher kann das Laserbohren auf empfindlichen oder wärmeempfindlichen Materialien durchgeführt werden. Laserenergie kann selektiv von Beschichtungen absorbiert werden, daher können gepulste CO2- und Nd:YAG-Laser verwendet werden, um Oberflächen zu reinigen, Farbe und Beschichtung zu entfernen oder Oberflächen für die Lackierung vorzubereiten, ohne die darunter liegende Oberfläche zu beschädigen.

 

 

 

We use LASER ENGRAVING and LASER MARKING to engrave or mark an object. Diese beiden Techniken sind tatsächlich die am weitesten verbreiteten Anwendungen. Es werden keine Tinten verwendet, und es werden keine Werkzeugspitzen verwendet, die die gravierte Oberfläche berühren und sich abnutzen, was bei herkömmlichen mechanischen Gravur- und Markierungsmethoden der Fall ist. Zu den Materialien, die speziell für die Lasergravur und -markierung entwickelt wurden, gehören laserempfindliche Polymere und spezielle neue Metalllegierungen. Obwohl Lasermarkierungs- und Graviergeräte im Vergleich zu Alternativen wie Stempeln, Stiften, Nadeln, Ätzstempeln usw. relativ teurer sind, sind sie aufgrund ihrer Genauigkeit, Reproduzierbarkeit, Flexibilität, einfachen Automatisierung und Online-Anwendung immer beliebter geworden in einer Vielzahl von Produktionsumgebungen.

 

 

 

Schließlich verwenden wir Laserstrahlen für mehrere andere Fertigungsvorgänge:

 

- LASERSCHWEISSEN

 

- LASER-WÄRMEBEHANDLUNG: Wärmebehandlung in kleinem Maßstab von Metallen und Keramiken zur Modifizierung ihrer mechanischen und tribologischen Oberflächeneigenschaften.

 

- LASER OBERFLÄCHENBEHANDLUNG / MODIFIKATION: Laser werden verwendet, um Oberflächen zu reinigen, funktionelle Gruppen einzuführen, Oberflächen zu modifizieren, um die Haftung vor dem Auftragen von Beschichtungen oder Fügeprozessen zu verbessern.