Faserlaser vs. CO₂-Laser beim Schneiden von Aluminium

Aluminiumlegierungen reflektieren Laserenergie sehr stark, daher müssen sie auf Maschinen geschnitten werden, die mit einem Antireflexionsschutz ausgestattet sind. Das Verständnis sowohl der an der Werkstückoberfläche entstehenden Reflexion als auch des daraus resultierenden Wärmeflusses im Inneren des Materials trägt dazu bei, die Bearbeitungsleistung und die Schnittqualität zu verbessern.

Beobachtete Leistung

Schnittgeschwindigkeit

Der Zusammenhang zwischen Blechdicke und Schnittgeschwindigkeit wurde verglichen, als 2,5-kW-Faser- und CO₂-Laser die Aluminiumlegierung A5052 mit Stickstoff als Schutzgas schnitten. Je dünner das Blech, desto größer war der Geschwindigkeitsunterschied. Für 1 mm dickes Blech ergeben die Quelldaten eine Schnittgeschwindigkeit von 4,5 m/min beim CO₂-Laser und 27 mm/min beim Faserlaser. [ZU ÜBERPRÜFEN: In der Quelle wird die Einheit für den Faserlaser mit mm/min angegeben.] Mit zunehmender Dicke nimmt der Geschwindigkeitsunterschied stark ab.

Die wichtigsten Verarbeitungsbedingungen lauteten wie folgt:

CO₂-Laser

• Leistung: 2,5 kW
• Brennweite des Objektivs: 5 Zoll
• Hilfsgas: Stickstoff
• Druck des Hilfsgases: 0,8–1,2 MPa

Faserlaser

• Leistung: 2,5 kW
• Brennweite der Bearbeitungslinse: 4 in
• Hilfsgas: Stickstoff
• Druck des Hilfsgases: 0,6–1,2 MPa

Qualität der Schnittfläche

Wie beim Schneiden von Edelstahl erzeugt der Faserlaser eine rauere Schnittfläche als der CO₂-Laser. Dieser Unterschied nimmt mit zunehmender Werkstückdicke zu.

Hinsichtlich der Gratbildung an der Unterseite gibt es keinen erkennbaren Unterschied zwischen dem Faser- und dem CO₂-Laserschneiden. Mit zunehmender Materialdicke wird die Gratbildung stärker durch den Druck des Schutzgases und durch die durch die Anpassung der Brennpunktposition erzielte Schnittbreite beeinflusst.

Warum es zu diesem Unterschied kommt

Da beim Schneiden von Dünnblech relativ wenige Grate entstehen, kann bei den Einstellungen der Schwerpunkt auf die Schmelzleistung gelegt werden. Der fokussierte Punkt wird auf der Werkstückoberfläche (Z = 0) platziert, wo die Laserenergiedichte am höchsten ist. Ein Faserlaser ist daher vorteilhaft, da sein Strahl auf einen kleineren Punkt fokussiert werden kann.

Bei dicken Blechen erfordert die Vermeidung von Graten jedoch eine Anpassung der Fokusposition, eine Verbreiterung des Schnittspaltes sowie einen ausreichenden Schutzgasdruck, um die Schmelze abzuleiten. Diese Maßnahmen verringern die Energiedichte in der Bearbeitungszone, wodurch sich der Unterschied in der Schnittgeschwindigkeit zwischen Faser- und CO₂-Lasern verringert.