Laserschneiden von hellen Oberflächen

Das Schneiden von Materialien mit glänzender Oberfläche (wie z. B. Edelstahl mit Spiegelglanz, Aluminium mit Hochglanzglanz, Kupfer, Messing usw.) mit einer Faserlaserschneidmaschine weist grundlegende Unterschiede und große Vorteile gegenüber der Verwendung des herkömmlichen CO₂-Lasers auf, erfordert aber auch besondere Fachkenntnisse, um optimale Ergebnisse zu erzielen und die Sicherheit zu gewährleisten.

Grundprinzip: Die Wellenlänge des Faserlasers beträgt 1,06 Mikrometer, und die Absorptionsrate von Metallen ist viel höher als die des CO₂-Lasers mit 10,6 Mikrometern.Das bedeutet, dass der Faserlaser weniger wahrscheinlich reflektiert wird, die Energieausnutzungseffizienz höher ist und das Risiko von Reflexionsschäden an den Geräten deutlich reduziert wird. Das heißt aber nicht, dass es keine Herausforderungen gibt.

Im Folgenden werden die speziell für Faserlaserschneidmaschinen entwickelten Techniken zum Schneiden glänzender Oberflächen vorgestellt:

Kernvorteile und Grundsatz

Zunächst einmal ist klar, dass moderne Faserlaserschneidmaschinen bei dem weit verbreiteten, glänzenden Edelstahl 304 in der Regel ohne aufwendige Vorbehandlung wie beim CO₂-Laser direkt schneiden können und das Reflexionsrisiko extrem gering ist. Die Schwierigkeit besteht hauptsächlich darin, eine makellose Schnittfläche zu erzielen, um Kratzer und Oxidation zu vermeiden.

Schlüsselkompetenzen und Parameteroptimierung

1. Gasauswahl und Druckregelung (der wichtigste Faktor)

• Stickstoff-/Hochreinheitsstickstoffschneiden
• Ziel: Eine blanke Schneidekante ohne Oxidation, silberweiß oder in natürlicher Farbe zu erhalten.
• Druckanforderungen: Ein sehr hoher Luftdruck ist erforderlich (üblicherweise > 1,2 MPa oder sogar höher). Stickstoff unter hohem Druck kann das geschmolzene Metall schnell wegblasen, um dessen Oxidation und damit verbundene Verfärbungen an der Schnittfläche zu verhindern und gleichzeitig die Schnittnaht zu kühlen.
• Reinheitsanforderungen: Verwenden Sie Stickstoff mit einer Reinheit von 99,99 % oder höher, um Sauerstoffverunreinigungen zu vermeiden, die zu einer Oxidation der Schnittfläche und einer Verfärbung nach Gelb und Schwarz führen können.
• Sauerstoffschneiden:
• Diese Methode eignet sich ausschließlich für Anwendungen, bei denen es auf hohe Schnittgeschwindigkeiten ankommt und die entstehende schwarze Oxidschicht auf der Schnittfläche keine Rolle spielt. Für Werkstücke, die eine „glänzende Oberfläche“ aufweisen sollen, ist sie im Allgemeinen nicht geeignet.

2. Düsenauswahl und Höhensteuerung

• Doppelschicht-/Verbunddüse verwenden: Doppelschichtdüsen (wie z. B. Hochgeschwindigkeits- und Niedriggeschwindigkeitsdüsen) erzeugen einen stabileren, konzentrierteren Luftstrom, die Schlackenentfernungsleistung ist höher, insbesondere geeignet für das Hochdruck-Stickstoff-Glanzschneiden.
• Düsenöffnung: Je nach Dicke der Platte wird üblicherweise eine etwas größere Öffnung (z. B. φ2,0, φ3,0) verwendet, um einen ausreichenden Luftdurchsatz zu gewährleisten.
• Fokusposition: Versuchen Sie, den Fokus etwas weiter unten (tiefer in das Blatt hinein) einzustellen, um einen vertikaleren, glatteren Schnitt zu erzielen.
• Schnitthöhe: Halten Sie eine konstante und präzise Führungshöhe ein, um einen stabilen Luftstrom zu gewährleisten.

3. Optimierung der Laserparameter

• Leistung: Durch die Verwendung höherer Leistung bei hoher Drehzahl kann die Wärmeeinflusszone reduziert und ein übermäßiges Schmelzen oder Vergilben der Schneidkante vermieden werden.
• Frequenz: Durch Erhöhung der Pulsfrequenz (z. B. 500-1000 Hz oder höher) kann die Schnittlinie feiner und glatter gestaltet werden.
• Arbeitszyklus: Stellen Sie den geeigneten Arbeitszyklus unter der Voraussetzung ein, dass die Stabilität des Schnitts gewährleistet ist, um die besten Parameter für die Oberflächengüte zu finden.
• Schnittgeschwindigkeit: Um einen vollständigen Durchschnitt zu gewährleisten, sollte eine höhere Schnittgeschwindigkeit verwendet werden, um die Wärmeentwicklung zu reduzieren.

4. Fokusmanagement

• Um die optimale Fokusposition für das helle Oberflächenmaterial und die Materialstärke zu ermitteln, wurde ein Fokustest durchgeführt. Üblicherweise trägt ein leicht negativer Fokus (der Laserfokus liegt innerhalb der Platte) zu einem besseren Vertikalschnitt bei.

Besondere Überlegungen für verschiedene glänzende Materialien

Spiegelglanz-Edelstahl:

• Die erste Schutzschicht: die Verwendung einer hochwertigen, speziellen Schutzfolie für Laserschneidarbeiten! Dies ist die effektivste Methode, um zu verhindern, dass beim Schneiden entstehende Spritzer und die Maschinentischoberfläche die Spiegeloberfläche zerkratzen.
• Nach dem Zuschneiden lässt sich die Schutzfolie leicht abreißen, um eine glatte Oberfläche zu erhalten.

Aluminium und Aluminiumlegierungen (insbesondere Hochglanz):

• Reflexionsrisiko: Die Reflektivität von Reinaluminium und hochsiliziumhaltigem Aluminium ist weiterhin hoch. Obwohl das Risiko geringer ist als bei CO₂, muss bei Hochleistungs-Faserlasern (z. B. 10.000 Watt oder mehr) die mögliche Auswirkung von Rückreflexionen auf die internen Komponenten des Faserkopfes beim Schneiden beachtet werden.
• Parameter: Aluminium leitet Wärme schnell, daher sind höhere Spitzenleistung und höhere Drehzahlen erforderlich. Verwenden Sie hochreinen Stickstoff und geben Sie gegebenenfalls eine geringe Menge Argon hinzu, um einen helleren Bereich zu erzielen.
• Schlackenbildung: Beim Aluminiumschneiden entsteht leicht Schlackenbildung am Boden, die durch Optimierung des Luftdrucks und der Fokussierung vermieden werden muss.

Kupfer und Messing:

• Hohes Reflexionsvermögen: Reines Kupfer (Kupfer) gehört zu den am stärksten reflektierenden Metallen und stellt daher ein Risiko für Faserlaser dar. Beginnen Sie den Test stets mit geringer Leistung.
• Absorptionsproblem: Ein grüner Faserlaser (Wellenlänge 515 nm) kann verwendet werden. Kupfer absorbiert grünes Licht sehr stark. Er eignet sich daher ideal zum Schneiden von Kupfer, die Ausrüstung ist jedoch teuer.
• Messing: Zink, beim Schneiden entsteht Zinkdampf, die Schnittfläche verfärbt sich leicht schwarz. Stickstoff unter hohem Druck ist erforderlich, und die Parameter werden optimiert.

Sicherheits- und Betriebsempfehlungen

1. Erster Test:Bei hochreflektierenden Materialien (Reinkupfer, Reinaluminium) kann beim ersten Schneidevorgang zunächst Restmaterial verwendet und mit geringerer Leistung getestet werden, um den Schneidzustand und das Maschinenfeedback zu beobachten.

2. Geräteprüfung:Stellen Sie sicher, dass der Laserkopf Ihrer Faserlaserschneidmaschine mit einer Antireflexionsschutzvorrichtung (z. B. einem Rückreflexionsisolator) ausgestattet ist. Die meisten modernen Faserlasermaschinen im mittleren bis hohen Leistungsbereich verfügen standardmäßig darüber.

3. Reinigung und Instandhaltung:

• Reinigen Sie die Oberfläche des Materials vor dem Schneiden mit Öl.
• Düse regelmäßig prüfen und reinigen sowie die Linse schützen. Beim Schneiden blanker Oberflächen kann das unter hohem Druck stehende Gas leichter Staub aufwirbeln und an der Linse ablagern.

4.Probeschnitt und Parameterbibliothek:Es soll eine „Bibliothek mit Parametern für das Schneiden blanker Oberflächen“ für verschiedene Materialien, unterschiedliche Dicken und unterschiedliche Oberflächenanforderungen erstellt werden. Bei jedem Materialwechsel soll eine Überprüfung im kleinen Maßstab durch Probeschnitte durchgeführt werden.

Zusammenfassung

Abschluss:Bei Faserlasern hat sich der Fokus beim Schneiden von Werkstoffen mit glänzender Oberfläche von der Vermeidung von Reflexionsschäden hin zur Prozessoptimierung für eine perfekte Schnittfläche und den Schutz des Materialbildes verlagert. Durch die Kombination von präziser Parametereinstellung und Oberflächenschutz mittels hochreinem Stickstoff unter Hochdruck lassen sich hochwertige Werkstücke mit glänzender Oberfläche stabil und effizient bearbeiten.