Warum Laserschneiden?

Das Wort “LASER” stammt aus dem Englischen und steht für die Abkürzung von “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”. Frei übersetzt bedeutet das  “Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung”.

Stimulierte bzw. ionisierte Emission ist ein Phänomen, das Albert Einstein bereits zu Beginn des 20. Jahrhunderts beschrieben hat. In seiner Schilderung findet die Aussendung eines Photons nicht spontan statt, sondern wird gezielt durch ein anderes ausgelöst. 

Ein Laser ist eine gebündelte elektromagnetische Strahlung aus Lichtteilchen (Photonen), die kontrolliert ausgelöst wird. Man regt mithilfe des Technikaufbaus ein Photon an, gegen ein anderes zu stoßen. Dieses versetzt dann wiederum andere Photonen in Bewegung. Eine Kettenreaktion voller Energie, die nach dem Auslösen gebündelt und gezielt in eine Richtung gelenkt wird.

Der Kopf der Laserschneidmaschine benötigt mindestens drei grundlegende Komponenten: Eine Pumpe, einen Resonator und ein laseraktives Medium. Das verwendete Medium definiert die Art des Schneidkopfes.

Ein Medium zum Laserschneiden kann entweder kristallin oder gasförmig sein. Durch die Pumpe erhält das Medium einen Energiestoß, der die Kettenreaktion auslöst. Der Resonator übernimmt die Aufgabe, für den Laserschnitt die Kettenreaktion aufrechtzuerhalten, zu verstärken und die Photonen zu bündeln. Durch die Pumpe wird durchgängig Energie in den Resonator eingeführt.

Ein Resonator besteht aus zwei gegenüberliegenden Spiegelflächen. Während eine Spiegelfläche das Licht vollständig reflektiert, lässt die andere Seite einen Teil der Photonen durch. Zwar nur eine geringe Menge, aber mit einer stark gebündelten Energie. Genug, um beim Laserschneiden damit bis zu 50 mm Edelstahl zu zertrennen.

Es gibt Gaslaser und Festkörperlaser, die sich zum Laserschneiden eignen. Der Aufbau beider Formen ist weitestgehend identisch, unterscheidet sich aber beim verwendeten Lasermedium. Dieses kann entweder gasförmig (CO2-Laser) oder kristallin (Neodym-YAG-Laser, Scheibenlaser, Faserlaser) sein.

Im Schneidkopf befindet sich eine Fokussieroptik, welche die Lichtbündelung verstärkt. Die Folge ist eine noch höhere Energiedichte, perfekt zum Laserstrahlschneiden. Am Ende des Schneidkopfes befindet sich bei allen Laserformen eine Gasdüse. Diese drückt beim Laserschneiden das abgetragene Material aus der Schnittfuge. Das Verfahren garantiert eine hohe Schnittqualität.

Je nach der verwendeten Technik im Schneidkopf kann beim Laserschneiden das Material verdampfen, verbrennen oder schmelzen. Das Verfahren wird an den Werkstoff angepasst. Die moderne, computergesteuerte CNC-Technik macht es möglich, eine hohe Präzision zu erreichen.

Um mit einem Laser schneiden zu können, kann der Werkstoff geschmolzen werden. Dazu benötigt es eine hohe Energiedichte. Der Vorteil ist, dass der Gasstrahl aus dem Schneidkopf aufgrund des hohen Drucks eine Oxidbildung an der Schnittkante nahezu verhindern kann.

Wenn beim Laserschneiden der Werkstoff verbrannt wird, können höhere Materialdicken durchtrennt werden. Als Brenngas wird eine dichte Konzentration an Sauerstoff verwendet. Das Verfahren erzeugt eine sehr hohe Wärmeenergie.

Diese Form des Laserschnitts eignet sich für weichere Stoffe wie Kunststoff. Dieser Vorgang wird Laserstrahl-Sublimationsschneiden genannt. 

Durch eine sehr hohe Hitzeeinwirkung des Laserstrahls wird der Rohstoff langsam verdampft. Das Gas am Schneidkopf dient dem Schutz der Linse. Das Verfahren wird für besonders klare Schnittkanten angewendet.