Laserschneiden ist ein thermisches Schneidverfahren, bei dem ein fokussierter Laserstrahl hoher Leistungsdichte das Werkstück bestrahlt. Dadurch schmilzt, verdampft oder verdampft das bestrahlte Material rasch oder erreicht seinen Zündpunkt. Gleichzeitig bläst ein mit dem Laserstrahl koaxialer Hochgeschwindigkeitsluftstrom das geschmolzene Material ab und schneidet so das Werkstück durch.
Klassifizierung und Eigenschaften des Laserschneidens
Das Laserschneiden lässt sich in vier Arten unterteilen: Laserverdampfungsschneiden, Laserschmelzschneiden, Lasersauerstoffschneiden sowie Laserritzen und kontrolliertes Brechen.
Beim Laser-Verdampfungsschneiden wird ein Laserstrahl mit hoher Energiedichte eingesetzt, um das Werkstück zu erhitzen und dessen Temperatur innerhalb kürzester Zeit auf den Siedepunkt des Materials zu erhöhen. Dadurch verdampft das Material und bildet Dampf. Dieser Dampf wird mit hoher Geschwindigkeit ausgestoßen und erzeugt beim Austritt einen Schnitt im Material. Da die meisten Materialien eine hohe Verdampfungswärme aufweisen, erfordert das Laser-Verdampfungsschneiden eine erhebliche Leistung und Leistungsdichte.
Beim Laserschmelzen erhitzt und schmilzt der Laser das Metall. Anschließend wird ein nicht-oxidierendes Gas (z. B. Argon, Helium, Stickstoff) durch eine koaxial zum Laserstrahl angeordnete Düse geleitet. Der hohe Gasdruck presst das geschmolzene Metall heraus und erzeugt so einen Schnitt. Im Gegensatz zum Aufdampfschneiden ist bei diesem Verfahren keine vollständige Verdampfung des Materials erforderlich, und es verbraucht nur ein Zehntel der Energie, die für das Aufdampfschneiden benötigt wird. Es wird hauptsächlich zum Schneiden von nicht-oxidierenden oder reaktiven Metallen wie Edelstahl, Titan, Aluminium und deren Legierungen eingesetzt.
Laser-Sauerstoffschneiden
Das Prinzip des Sauerstofflaserschneidens ähnelt dem Autogenschneiden. Der Laser dient als Vorwärmquelle, während aktive Gase (wie Sauerstoff) als Schneidgas fungieren. Das eingeblasene Gas reagiert mit dem zu schneidenden Metall und löst eine Oxidationsreaktion aus, die große Mengen an Oxidationswärme freisetzt. Gleichzeitig verdrängt es geschmolzene Oxide und schmilzt aus der Reaktionszone, wodurch ein Schnitt im Metall entsteht. Da die Oxidationsreaktion während des Schneidens erhebliche Wärme erzeugt, benötigt das Sauerstofflaserschneiden nur die Hälfte der Energie des Schmelzschneidens, ist aber deutlich schneller als das Aufdampfen und Schmelzschneiden. Es wird hauptsächlich bei oxidierbaren Metallwerkstoffen wie Kohlenstoffstahl, Titanstahl und wärmebehandeltem Stahl angewendet.
Laserritzen und kontrollierter Bruch
Beim Laserscribing wird die Oberfläche spröder Materialien mit einem Hochenergielaser abgetastet, wobei eine feine Rille verdampft wird. Durch Anlegen eines bestimmten Drucks bricht das spröde Material entlang dieser Rille. Gütegeschaltete Laser und CO₂-Laser werden häufig für das Laserscribing eingesetzt. Die kontrollierte Bruchmechanik nutzt die beim Laserscribing entstehende steile Temperaturverteilung, um lokale thermische Spannungen in spröden Materialien zu erzeugen, die zum Bruch entlang der Rille führen.
Anwendungsbereiche des Laserschneidens
Die meisten Laserschneidanlagen werden über numerische Steuerung (NC) betrieben oder als Schneidroboter konfiguriert. Als Präzisionsbearbeitungsverfahren eignet sich das Laserschneiden für nahezu alle Materialien, einschließlich des 2D- und 3D-Schneidens dünner Metallbleche. In der Luft- und Raumfahrt wird die Laserschneidtechnologie hauptsächlich zum Schneiden spezieller Werkstoffe wie Titan-, Aluminium-, Nickel- und Chromlegierungen, Edelstahl, Berylliumoxid, Verbundwerkstoffe, Kunststoffe, Keramik und Quarz eingesetzt. Zu den lasergeschnittenen Bauteilen gehören Triebwerksbrennerrohre, dünnwandige Gehäuse aus Titanlegierungen, Flugzeugzellen, Außenhaut aus Titanlegierungen, Flügelstringer, Leitwerksflügel, Hubschrauberrotoren und die wärmeisolierenden Keramikkacheln des Space Shuttles.
Veröffentlichungsdatum: 08.12.2025
