Komponenten und Funktionsprinzipien vonLaserschneidmaschine

Die Laserschneidmaschine besteht aus Lasersender, Schneidkopf, Strahlübertragungskomponente, Werkzeugmaschinen-Arbeitsplatz, CNC-System, Computer (Hardware, Software), Kühler, Schutzgasflasche, Staubabscheider, Lufttrockner und weiteren Komponenten.

1. Lasergenerator: Ein Gerät zur Erzeugung einer Laserlichtquelle. Für das Laserschneiden werden – abgesehen von wenigen Ausnahmen, bei denen YAG-Festkörperlaser zum Einsatz kommen – meist CO₂-Gaslaser mit hoher elektrooptischer Umwandlungseffizienz und hoher Ausgangsleistung verwendet. Da beim Laserschneiden sehr hohe Anforderungen an die Strahlqualität gestellt werden, eignen sich nicht alle Laser für diesen Zweck.

2. Der Schneidkopf besteht im Wesentlichen aus Bauteilen wie Düse, Fokussierlinse und Fokussiernachführungssystem. Der Schneidkopfantrieb bewegt den Schneidkopf programmgesteuert entlang der Z-Achse. Er besteht aus einem Servomotor und Getriebeteilen wie Gewindespindeln oder Zahnrädern.

(1) Düse: Es gibt drei Haupttypen von Düsen: Paralleldüsen, Konvergenzdüsen und Kegeldüsen.

(2) Fokussierlinse: Um die Energie des Laserstrahls zum Schneiden zu nutzen, muss der vom Laser emittierte Strahl durch die Linse fokussiert werden, um einen Punkt hoher Energiedichte zu erzeugen. Linsen mit mittlerer und langer Brennweite eignen sich zum Schneiden dicker Platten und stellen geringe Anforderungen an die Positioniergenauigkeit des Nachführsystems. Linsen mit kurzer Brennweite eignen sich nur zum Schneiden dünner Platten unterhalb eines Durchmessers von D3. Sie stellen zwar höhere Anforderungen an die Positioniergenauigkeit des Nachführsystems, können aber die benötigte Ausgangsleistung des Lasers erheblich reduzieren.

(3) Nachführsystem: Das Fokussier-Nachführsystem einer Laserschneidmaschine besteht im Allgemeinen aus einem Fokussierschneidkopf und einem Nachführsensorsystem. Der Schneidkopf umfasst einen Lichtleiter zur Fokussierung, Wasserkühlung, Luftzufuhr und mechanische Justierung. Der Sensor besteht aus einem Sensorelement und einer Verstärkungssteuerung. Je nach verwendetem Sensorelement unterscheidet sich das Nachführsystem grundlegend. Grundsätzlich gibt es zwei Arten von Nachführsystemen: kapazitive, auch berührungslose Nachführsysteme und induktive, auch Kontakt-Nachführsysteme genannt.

3. Externer Lichtweg der Strahlführungskomponente: ein Brechungsspiegel, der den Laser in die gewünschte Richtung lenkt. Um Fehlfunktionen des Strahlengangs zu vermeiden, müssen alle Spiegel durch eine Schutzabdeckung geschützt und ein sauberes Schutzgas unter Überdruck zugeführt werden, um die Linse vor Verunreinigungen zu schützen. Ein Satz leistungsstarker Linsen fokussiert einen Strahl ohne Divergenzwinkel auf einen unendlich kleinen Punkt. Üblicherweise wird eine Linse mit 5,0 Zoll Brennweite verwendet. Eine 7,5-Zoll-Linse kommt nur bei Materialien mit einer Dicke von über 12 mm zum Einsatz.

4. Werkzeugmaschinen-Werkbank, Werkzeugmaschinen-Hauptteil: der Werkzeugmaschinenteil der Laserschneidmaschine, der mechanische Teil, der die Bewegung der X-, Y- und Z-Achse realisiert, einschließlich der Schneidarbeitsplattform.

5. CNC-System Das CNC-System steuert die Werkzeugmaschine, um die Bewegung der X-, Y- und Z-Achse zu realisieren, und steuert außerdem die Ausgangsleistung des Lasers.

6. Kühlsystem: Der Kühler dient zur Kühlung des Lasergenerators. Ein Laser wandelt elektrische Energie in Lichtenergie um. Beispielsweise beträgt der Wirkungsgrad eines CO₂-Gaslasers üblicherweise 20 %, die restliche Energie wird in Wärme umgewandelt. Das Kühlwasser führt die überschüssige Wärme ab und sorgt so für den ordnungsgemäßen Betrieb des Lasergenerators. Der Kühler kühlt außerdem den Reflektor und die Fokussierlinse des externen optischen Strahlengangs der Werkzeugmaschine, um eine stabile Strahlführung zu gewährleisten und ein Verformen oder Bersten der Linse durch Überhitzung zu verhindern.

7. Gasflaschen Zu den Gasflaschen gehören Arbeitsmedium-Gasflaschen für Laserschneidmaschinen sowie Hilfsgasflaschen, die zur Ergänzung des Industriegases für die Laseroszillation und zur Versorgung des Schneidkopfes mit Hilfsgas verwendet werden.

8. Das Entstaubungssystem saugt den bei der Verarbeitung entstehenden Rauch und Staub ab und filtert ihn, um sicherzustellen, dass die Abgasemissionen den Umweltschutzstandards entsprechen.

9. Luftkühltrockner und -filter werden eingesetzt, um dem Lasergenerator und dem Strahlengang saubere, trockene Luft zuzuführen und so den ordnungsgemäßen Betrieb des Strahlengangs und des Reflektors zu gewährleisten.