Wie funktioniert der Laser?

LASER steht für  Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation’. Im Resonator einer Laserquelle - für die Materialbearbeitung sind dies häufig CO2-Laser – wird durch Einwirkung elektrischer Energie ein besonderer Lichtstrahl erzeugt. Es handelt sich bei den geschlossenen und mit einer CO2-Gasgemischfüllung versetzten Laserstrahlquellen, um einen wartungsfreien Laser, der kein Lasergas verbraucht – ähnlich einer Leuchtstoffröhre.

Die besonderen Eigenschaften des Laserlichts ergeben sich aus den Grundlagen der technischen Optik und Physik und sind mit drei Charakterisierungen leicht zusammenzufassen:
Laserlicht = kohärent - monochromatisch - polarisiert

gerichtetes Licht
gerichtetes Licht
gestreutes Licht
gestreutes Licht
Laserlicht
Laserlicht
Flying-Optik Prinzip
Flying-Optik Prinzip

Die Wellenlänge des Lichts für die Materialbearbeitung liegt im unsichtbaren Infrarotbereich und ist als heißer Energiestrahl zu betrachten. Durch seine besonderen Eigenschaften wird der annähernd parallele Lichtstrahl über mehrere 90°-Umlenkspiegel bis zur Fokussieroptik direkt über das zu bearbeitende Material gelenkt. Das meist für die großformatige Materialbearbeitung zugrunde gelegte Strahlführungskonzept wird u.a. auch "Flying Optic" genannt.

Scanner-Optik Prinzip
Scanner-Optik Prinzip

Lasermarkierungen oder -gravuren können auch über Scanner-Optiken auf Materialoberflächen aufgebracht werden. Aufgrund der geringen bewegten Massen sind bis zu 20-fach höhere Bearbeitungsgeschwindigkeiten möglich. Das Bearbeitungsfeld und die Auflösung begrenzen jedoch das Format. Schneidanwendungen sind nur sehr begrenzt möglich.

Die Fokussieroptik besteht im Wesentlichen aus einer optischen Sammellinse und einer Schneiddüse. Der parallele Laserstrahl wird somit nur wenige Millimeter unterhalb der Schneiddüse, an der Oberkante des Bearbeitungsmaterials fokussiert. Dieser extrem scharf gebündelte Energiestrahl mit sehr hoher Energiedichte muss nun im konstanten Abstand und mit gleichförmiger Vorschubgeschwindigkeit die Schneid- oder Gravierkonturen CNC-gesteuert abfahren. Die Bearbeitung mit Laserlicht erfolgt vollkommen berührungslos. Krafteinwirkungen durch Vorschubkräfte von Werkzeugen finden nicht statt. Eine Fixierung der Werkstücke entfällt, es gibt keinen Werkzeugverschleiß im herkömmlichen Sinne.

Durch Absorption der Energie an der Materialoberfläche, verdampft diese in Bruchteilen einer Sekunde. Je höher der Grad der Absorption, desto besser sind die Bearbeitungseigenschaften für den jeweiligen Werkstoff. Diese Eigenschaft bedingt im Wesentlichen das unterschiedliche Schneidverhalten verschiedener Materialien und bestimmt die erforderliche Laserleistung.

Der Schneidprozess


Um entstehende Emissionen und Rückstände wie Schlacke oder Schmelze aus dem Schnittspalt zu spülen, wird die Laseroptik über ein Düsensystem mit Druckluft versorgt. Verschiedene Düsenaustrittsdurchmesser stehen zur Auswahl. Diese beeinflussen den Schneidprozess durch ständiges Austreiben der verdampfenden Materie sowie z.T. Schmelze und Schlacke. Außerdem kühlt der saubere Luftstrom bei etwa 1 bis 4 bar Druck die Materialoberfläche, was für eine bessere Schnittqualität sorgt und gleichzeitig die Fokusoptik staubfrei hält.

 

1. Gasversorgung
2. Schneiddüsen (aus Kupfer)
3. Arbeitsabstands-Düse
4. verarbeitende Richtung
5. Emissionen wie Schlacke / Schmelze
6. ausgespülte Emissionen / Rückstände
7. geschnittene Bodenwellen
8. Wärmeeinflusszone
9. Schnittbreite

Schneidemissionen

Schneidemissionen
Schneidemissionen


Bei der thermischen Zersetzung bis zu Temperaturen um 1000°C (Pyrolyse) entstehen vorwiegend Aerosole, Feinstaubpartikel und Rauch (Gase). Diese Emissionen können beim Einatmen eine besondere Gesundheitsgefährdung darstellen. Daher werden die Emissionen oberhalb und unterhalb des Bearbeitungsmaterials konsequent evakuiert und je nach Anwendung gefiltert an die Umgebungsluft ins Freie abgegeben.

eurolaser setzt modernste und kompakte Lasertechnologie bis zu etwa 600 W Laserleistung für überwiegend nicht-metallische, anorganische Anwendungen ein. Die sealed-off-Lasertechnologie bildet die Grundlage für zuverlässige, wirtschaftliche und energiesparende Laserbearbeitung. Justage- und Wartungsaufwendungen der Strahlquellen tendieren gegen Null wo hingegen die hohe Strahlqualität für eine langjährige Konstanz in der Fertigungsqualität sorgt.

Ein intelligenter, modularer Systemaufbau ermöglicht eine kompromisslose Anpassung an unterschiedlichste Fertigungsanforderungen, Materialien, Ansteuerungen und das Materialhandling.

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