Der Faserlaser – eine immer stärker nachgefragte Technologie unter Laserschneidverfahren. Der solide Festkörperlaser drängt sogar den weit verbreiteten und geschätzten CO2-Laser vom Markt. Aber was macht den Faserlaser so besonders und wie funktioniert er?

Woher kommt der Festkörperlaser?

Beinahe sechs Jahrzehnte zurückreichend, widmete sich der amerikanische Forscher Elias Snitzer der Bestrahlung von Glasfasern und legte somit den Grundstein für den technischen Fortschritt in der Faserlaserentwicklung. Im Jahr 1988 konnte Snitzer den ersten ummantelten Verstärker bauen, worin er als Erfinder des Faserlasers betrachtet wird. 

Anfang der neunziger Jahre machten es Laser in dieser Bauweise möglich, sie für kommerzielle Zwecke zu nutzen. Jedoch zeichneten sich die ersten Modelle noch dadurch aus, nicht genügend Leistung zum Schneiden diverser Werkstoffe erbringen zu können. Daher galten CO2-Laser besonders in Betrieben als die effizientere Methode zum Trennen von Materialien. 

Dennoch hat sich dies in den zurückliegenden Jahren transformiert. Der Faserlaser ist mittlerweile in verschiedenen Gebieten dem CO2-Laser überlegen. Er hat eine signifikante Effizienz von durchschnittlich 30%, die ihrem Gas-Gegenstück deutlich überlegen ist. 

Besonders konstruierte Faserlaser-Bautypen können eine äußerst effiziente Leistung von bis zu 40% erreichen. Dieser Faserlaser vereint eine außerordentlich hohe Wirksamkeit mit einem erheblich niedrigeren Energieverbrauch. Im Gegensatz zum CO2-Laser präsentiert das Umwandlungsverhältnis eine substanzielle Effizienz. 

Es wird wenig Strom für die Kühlung benötigt, da der Faserlaser nicht besonders heiß wird. Seine Funktionsweise unterscheidet sich von einem CO2-Laser, der durch einen Halbleiter-Diodenstrahl aufgeladen wird. Ein Gaslaser funktioniert im Gegensatz dazu so, dass ihm direkt elektrische Kraft zufließt. Über Antennen wird ein Gas durch Hochspannung angeregt, wodurch die elektromagnetischen Wellen für den Schneidprozess erzeugt werden. Beim Festkörperlaser werden mittels Halbleiter-Dioden Photonen direkt in der Glasfaser angeregt. 

Diese innovativen Eigenschaften sorgen nicht nur für eine erhebliche Energieeinsparung, sondern auch dafür, dass der Laserstrahl durch das Glasfaserkabel flexibel über weite Strecken geleitet werden kann, ohne dass die Leistung des Strahls verringert wird. Daher ist es nicht notwendig, wie bei einem CO2-Laser mehrere Spiegel zur Steuerung des Signals zu benötigen. 

Dies ist eine hervorstechende Eigenschaft, die den CO2-Laser gegenüber anderen Gaslasern überlegen macht: Spiegel müssen bei ihnen perfekt justiert sein, um einwandfreie Abläufe und Ergebnisse zu gewährleisten, wenn sich das Objekt bewegt. 

Demgegenüber benötigt der Faserlaser keine solchen Spiegel und erfordert folglich einen viel geringeren Wartungsaufwand. Der Lichtschein wird mit Hilfe einer Einkoppeloptik erzeugt. 

Zwei Glasfasern durchlaufen diese Optik: eine generiert den Anregungsimpuls und die zweite erzeugt den Laserstrahl. Die aktive Faser ist an beiden Enden mit einem Resonator ausgestattet, der den Laserstrahl verstärkt. 

Einige Pump-Laserdioden beeinflussen im Inneren der Einkoppeloptik den Faserstrahl. In der Regel besitzen Faserlaser eine sehr präzise Wellenlänge von 1,06 μm mit erstklassiger Strahlenqualität. 

Im Gegensatz dazu hat ein CO2-Laser eine Wellenlänge von ca. 10,6 μm, was deutlich höher ist. Diese signifikante Differenz macht den Faserlaser nicht nur wesentlich präziser, sondern auch äußerst effektiv im Hinblick auf die Materialaufwendung.

Da seine Wellenlänge geringer ist, ist es für das Metall wesentlich einfacher, das Licht aufzunehmen. Dieses Absorptionsverhalten ist ein eindeutiger Vorteil, sodass sogar reflektierendes Material und Buntmetalle leicht geschnitten werden können. Ein Faserlaser ist in der Lage, fast alle Arten von Werkstoffen zu bearbeiten. Man kann Schnitte, Gravuren und Markierungen ausführen.

Ein paar Beispiele für geeignetes Material für den Laserschnitt:

• Eisen
• Stahl
• Edelstahl
• einige Kunststoffe
• Lacke 
• Gummi 
• Keramik

Obwohl es viele Anwendungsmöglichkeiten gibt, können nicht alle verarbeitet werden. Beispielsweise sind organische Werkstoffe wie Holz ungeeignet. Materialaufwendung.

Trotzdem ist es nicht schwierig, Raritäten wie Gold zu bearbeiten. Anfangs begrenzt auf eine geringe Stärke des Materials, sind Faserlaser heutzutage in der Lage, Materialien wie Baustahl zu zerschneiden, deren Dicke bis zu 50 mm betragen kann. Bei geringeren Abmessungen dieser Stoffe sind sie fast doppelt so schnell wie ein CO2-Laser.

Obwohl ein Festkörperlaser deutlich weniger Energie als ein Gaslaser beansprucht, gibt es technisch doch Bereiche, in denen sie nicht die Nase vorn haben. Eine Schwäche wird deutlich bei der Ungenauigkeit der Schnittkanten von größeren Materialdicken. 

Allerdings ist eine Nachjustierung nur dann angebracht, wenn sie für das jeweilige Erzeugnis bedeutsam ist. Als Nachteil wird auch die Tatsache betrachtet, dass Rohstoffe wie Holz oder Kunststoffe wie Acryl oder Polycarbonat nicht bearbeitbar sind. 

Bei der Verarbeitung mit einem Faserlaser müssen Sicherheitsmaßregeln beachtet werden, da die geringe Wellenlänge vor allem für reflektive Materialien gefährlich werden kann.

Um die Augen zu schützen, empfiehlt es sich, das Personal mit speziellen Schutzbrillen auszustatten. 

Abschließend kann man sagen, dass das Potenzial des Faserlasers in den letzten Jahren deutlich gewachsen ist. Neueste Forschungsstudien widmen sich dieser Technologie mit dem Ziel, sie noch leistungsfähiger zu machen.

Vor wenigen Jahren war es lediglich möglich, Blechstärken von maximal 20 mm zu schneiden, aber heutzutage sind bis zu 50 mm möglich (Stand: 2023). Die gebotene Steigerung der Effizienz in puncto Energie und die gesteigerte Genauigkeit machen den Faserlaser im Hinblick auf wirtschaftliche Kosten unerlässlich.

Auch wenn die Anschaffungskosten anfänglich hoch sind, können Kosteneinsparungen durch reduzierte Energieverbrauchsrate, erhöhte Schnittgeschwindigkeit sowie verbesserte Produktqualität schnell den Mehrpreis ausgleichen. Sollten Sie Interesse an einem Faserlaser haben, finden Sie beim Kreuztaler Laserwerk die richtigen Ansprechpartner. Wir helfen Ihnen dabei, eine fundierte Entscheidung bezüglich eines solchen Festkörperlasers zu treffen.

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