Laserstrahlschneiden

Laserstrahlschneiden
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Es werde Licht.
Genesis 1,3
Am Anfang war Einstein
Die Lasertechnologie ist ein Ergebnis der Überlegungen Albert
Einsteins, der sich auch mit dem Phänomen Licht beschäftigte.
Mit den Erkenntnissen Einsteins zur Beschaffenheit von Licht
wusste man lange nichts anzufangen.
Seine Theorie, dass Licht aus Teilchen bestehen könnte, die
sich geordnet in eine Richtung bewegen, schuf die Grundlage
für weitere Forschungen. Da die Teilchen Energie enthalten
müssen, ging er davon aus, dass sie mit ihrer Energie auch
Atome beeinflussen. Werden die kleinsten Bauteile der
Materie kontinuierlich mit Licht in bestimmten Wellenlängen
und Frequenzen „beschossen“, entsteht daraus ein verstärkter
Lichtstrom, dessen Teilchen parallel verlaufen. Einstein nannte
das die „stimulierte Emission“ von Licht. Lange Zeit wurden
seine Ansätze nicht weiterverfolgt. Erste Versuche des Physikers
Charles Townes fanden noch mit Mikrowellen statt, die
Apparatur nannte er „Maser“ für Microwave Amplification by
Stimulated Emission of Radiation.
Licht, wie es in der Natur nicht vorkommt
1960 baute der amerikanische Physiker Theodore Maiman aus
einer Blitzlampe, Spiegeln, einem Rubin und Metallröhrchen
erstmals einen einfachen Laser. Mit den Spiegeln lenkte er das
Licht mehrfach auf den Rubin.
„Ich habe nur Dinge verwendet, die es bereits gab.”
Theodore Maiman
Obwohl er zweimal für den Nobelpreis nominiert war, erhielt
er die Auszeichnung nie.
Beam me up, Scotty!
Die Kraft des besonderen Lichtes faszinierte Wissenschaftler,
Ingenieure und Science-Fiction-Autoren. Eine Vielzahl von
mehr oder weniger realitätsnahen Verwendungsmöglichkeiten,
die sich gegenseitig beflügelten, wurde erdacht ...
„Die souveräne Handhabung des Laserschwerts ist ein
Zeichen von überdurchschnittlichen Fähigkeiten.“
Obi-Wan Kenobi
Laser überall, in Industrie, Medizin und IT
Dennoch dauerte es, bis die ersten Anwendungen realisiert
wurden, darunter die erste Schneidanlage für Bleche im Jahr
1979. Es folgten neue Behandlungsmethoden von Fehlsichtigkeit und die Entwicklung moderner Informationstechnologie
mit weltweiten Datennetzen.
Das Internet wäre ohne Lasertechnik nicht möglich.
In den 1980er-Jahren etablierte sich der Laser mit der CompactDisc-Technologie in Audio-, Video- und Datenverarbeitung.
Die Messung von Distanzen auf Baustellen mit Lasertechnik
und nächtliche Laser-Licht-Shows bei Freiluftveranstaltungen
sind mittlerweile Alltag.
Das Ergebnis war ein intensives, paralleles Licht, wie es in der
Natur nicht vorkommt. Der Begriff Laser für Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation kursierte aber bereits
in Fachkreisen. Maimans Leistung wurde erst spät gewürdigt.
NICKELS, Lothar: Geschichte des Lasers. http://www.planet-wissen.de/natur_technik/licht/kunstlicht/geschichte_laser.jsp. Stand: 17.06.2011; WIKIA, INC. (Hrsg.):
Lightsaber. http://starwars.wikia.com/wiki/Lightsabers. Stand: o. J., abgerufen am 05.09.2012
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Fokussieroptik
Prozessgas
Laserstrahl
Schneiddüse
Schneidspalt
Laserstrahlschneiden
Beim CO2-Laser wird das Licht
von der Strahlquelle über Umlenkspiegel in eine Fokussieroptik geleitet. Diese bündelt
mithilfe von Linsen und einer
Düse den Strahl. Das Prozessgas
schützt die Optik des Lasers und
hält den Schneidspalt sauber.
Die zum Schneiden erforderliche Intensität des Lichts entsteht
durch das optimale Zusammenspiel der Elemente.
Licht als Werkzeug
Obwohl Laser eng mit Hightech und Science-Fiction assoziiert
werden, gilt das Laserstrahlschneiden als das etablierteste der
modernen Schneidverfahren.
In zwei Schritten kommt man zum Ziel:
1. Geeignete Parameter finden durch Testreihen und Simulationen, passend zu Maschine, Laser, Optik und Material
Laser kommen so oft in der Science-Fiction vor, dass sie
zum Synonym für Zukunft geworden sind. Dabei ist das
Laserstrahlschneiden eines der ausgereiftesten industriellen
Schneidverfahren.
2. Parameter aufeinander abstimmen und für die Maschine
umsetzbar machen. Die Qualität der Steuerungssoftware entscheidet dann, wie gut Laser, Optik, Mechanik und Werkstück
harmonieren.
Die Verbindung von hohen Schnittgeschwindigkeiten mit ungekannter Präzision und geringer thermischer Belastung des
Werkstücks war neu. Sie ebnete den ersten Laserschneidanlagen in den 1970er-Jahren den Weg in die Industrie. Weil eine
Nachbearbeitung der Schnittkanten häufig nicht mehr nötig
war, ermöglichte die Technologie hohe Produktivitätssteigerungen. Ein weiterer Vorteil ergab sich durch die Möglichkeit, freie
Formen zu schneiden.
In die richtige Richtung steuern: Laserstrahlen sind zwar
gerichtet, verlaufen aber auch nicht hundertprozentig parallel.
Weil Licht keinem mechanischen Verschleiß unterliegt, findet
beim Laserschneiden keine Abnutzung statt. Das senkt die Wartungskosten, wodurch sich auch höhere Anschaffungs- und Installationskosten rechnen.
Licht steuern: Die Welt der Prozessparameter
Laser können fast alles, vorausgesetzt, man steuert sie richtig.
Entscheidend ist eine ausgefeilte Verfahrenstechnik, um die vier
Dimensionen Zeit, Raum, Energie und Material aufeinander
abzustimmen.
Think big: Faserlaser für die nächste Dimension
Als Zukunft des Laserschneidens wird der Faserlaser gehandelt:
Als Festkörperlaser kommt er mit nur einem Drittel der Energie
eines CO2-Lasers aus.
Das Licht des Faserlasers kann über weite Strecken geleitet
werden. Dadurch können viel größere Werkstücke bearbeitet
werden.
Ressourcenschonung und nachhaltige Produktion sind Trends,
die den Maschinenbau vor Herausforderungen stellen. Verbesserte Steuerungstechnik wird maßgeblich dazu beitragen, den
Ressourceneinsatz effizienter zu gestalten.
Produktionsverfahren werden dadurch nicht nur nachhaltiger,
sondern auch wirtschaftlicher.
Die Stellschrauben für eine auf Material und Fertigungsprozess
optimierte Schneidlösung sind vielfältig. Einwirkzeit, Leistungsdichte oder Absorption sind nur einige Faktoren, die das Ergebnis beeinflussen. Es gibt noch viele weitere, etwa die Brennweite der Optik oder den Öffnungswinkel des Strahls.
SCHNEIDFORUM CONSULTING GMBH & CO. KG (Hrsg.): Laserschneiden mit dem Faserlaser. http://www.schneidforum.de/technik-blog/laserstrahlschneiden/
faser-laser.html. Stand: o. J., abgerufen am 05.09.2012; BUCHFINK, Gabriela: Werkzeug Laser – Ein Lichtstrahl erobert die industrielle Fertigung. 1. Auflage, Würzburg: Vogel Buchverlag, 2006
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