Der Hauptprozess der Laserschneidmaschine

1. Verdampfungsschneiden.
Während des Laserverdampfungsschneidprozesses steigt die Oberflächentemperatur des Materials so schnell auf die Siedetemperatur, dass ein Schmelzen durch Wärmeleitung vermieden werden kann, sodass ein Teil des Materials zu Dampf verdampft und verschwindet und ein Teil des Materials ausgestoßen wird der Boden des Schlitzes wird durch den Hilfsgasstrom weggeblasen. Dabei sind sehr hohe Laserleistungen erforderlich.

Um zu verhindern, dass Materialdampf an der Schnittfugenwand kondensiert, darf die Materialdicke den Durchmesser des Laserstrahls nicht wesentlich überschreiten. Dieses Verfahren ist daher nur für Anwendungen geeignet, bei denen der Ausschluss von geschmolzenem Material vermieden werden muss. Diese Bearbeitung wird eigentlich nur in sehr kleinen Einsatzbereichen für Eisenbasislegierungen eingesetzt.

Dieses Verfahren kann nicht verwendet werden, z. B. bei Holz und bestimmten Keramiken, die sich nicht in einem geschmolzenen Zustand befinden und daher weniger wahrscheinlich die Dämpfe des Materials rekondensieren. Außerdem erreichen diese Materialien typischerweise dickere Schnitte.

Die optimale Strahlfokussierung hängt beim Lasergasbrennschneiden von der Materialstärke und der Strahlqualität ab. Die Laserleistung und die Verdampfungswärme haben nur einen gewissen Einfluss auf die optimale Fokuslage. Bei einer bestimmten Plattendicke ist die maximale Schnittgeschwindigkeit umgekehrt proportional zur Vergasungstemperatur des Materials.

Die erforderliche Laserleistungsdichte ist größer als 108 W/cm2 und hängt von Material, Schnitttiefe und Strahlfokusposition ab. Bei einer bestimmten Blechdicke ist bei ausreichender Laserleistung die maximale Schnittgeschwindigkeit durch die Geschwindigkeit des Gasstrahls begrenzt.

2. Schmelzen und Schneiden.
Beim Laserschmelzschneiden wird das Werkstück angeschmolzen und anschließend das geschmolzene Material mittels eines Luftstroms herausgeschleudert. Da die Übertragung des Materials nur im flüssigen Zustand erfolgt, wird das Verfahren als Laserschmelzschneiden bezeichnet.

Der mit einem hochreinen inerten Schneidgas gekoppelte Laserstrahl drückt das geschmolzene Material aus der Schnittfuge, ohne dass das Gas selbst schneidet. Beim Laserschmelzschneiden können höhere Schnittgeschwindigkeiten erreicht werden als beim Brennschneiden. Die für die Vergasung benötigte Energie ist in der Regel höher als die zum Schmelzen des Materials benötigte Energie.

Beim Laserschmelzschneiden wird der Laserstrahl nur teilweise absorbiert. Die maximale Schnittgeschwindigkeit steigt mit zunehmender Laserleistung und nimmt nahezu umgekehrt mit zunehmender Blechdicke und Materialschmelztemperatur ab. Limitierender Faktor ist bei einer bestimmten Laserleistung der Gasdruck an der Schnittfuge und die Wärmeleitfähigkeit des Materials.

Laserschmelzschneiden kann oxidfreie Schnitte für Eisen und Titan erzeugen. Die Laserleistungsdichte, die zum Schmelzen, aber nicht zum Vergasen führt, liegt bei Stahlwerkstoffen zwischen 104 W/cm2 und 105 W/cm2.

3. Oxidationsschmelzschneiden (Laserbrennschneiden).
Beim Schmelzschneiden wird im Allgemeinen Schutzgas verwendet. Wenn stattdessen Sauerstoff oder ein anderes aktives Gas verwendet wird, wird das Material unter der Bestrahlung mit dem Laserstrahl gezündet, und eine heftige chemische Reaktion mit Sauerstoff erzeugt eine weitere Wärmequelle, um das Material weiter zu erhitzen, was als oxidatives Schmelzschneiden bezeichnet wird. .

Aufgrund dieses Effekts können bei gleicher Baustahldicke mit diesem Verfahren höhere Schnittgeschwindigkeiten erzielt werden als beim Schmelzschneiden. Andererseits kann dieses Verfahren eine schlechtere Schnittqualität aufweisen als das Schmelzschneiden. In der Praxis führt dies zu breiteren Schnittfugen, spürbarer Rauheit, vergrößerter Wärmeeinflusszone und schlechterer Kantenqualität.

Laserbrennschneiden ist nicht gut für Präzisionsmodelle und scharfe Ecken (Verbrennungsgefahr der scharfen Ecken). Thermische Effekte können mit einem Impulslaser begrenzt werden, bei dem die Leistung des Lasers die Schnittgeschwindigkeit bestimmt. Limitierende Faktoren bei gegebener Laserleistung sind die Sauerstoffzufuhr und die Wärmeleitfähigkeit des Materials.

4. Frakturschnitt kontrollieren.

Bei spröden Materialien, die leicht durch Hitze beschädigt werden, wird das schnelle und kontrollierbare Schneiden durch Laserstrahlerwärmung als kontrolliertes Bruchschneiden bezeichnet. Der Hauptinhalt dieses Schneidprozesses besteht darin, dass der Laserstrahl einen kleinen Bereich aus sprödem Material erhitzt, was zu großen thermischen Gradienten und starken mechanischen Verformungen in diesem Bereich führt, was zur Bildung von Rissen im Material führt. Der Laserstrahl kann Risse in jede gewünschte Richtung lenken, solange ein gleichmäßiger Erwärmungsgradient aufrechterhalten wird.