Der CO2 Laser (manchmal auch Kohlendioxid-Laser genannt) ist ein Gas-Laser und arbeitet im mittleren Infrarotbereich. Zusammen mit Faserlasern ist der CO2-Laser in der industriellen Lasertechnik nicht mehr wegzudenken.
Mit hohen Ausgangsleistungen von bis 80 Kilowatt gehört er zu den stärkeren Laserarten (Pulsenergien bis 100 kJ). Seit Mitte der 60er-Jahre gibt es bereits CO2-Laser, aber die industrielle Anwendung beim Laserschneiden wurden vor allen Dingen in den letzten 10-15 Jahren perfektioniert.
Technisches zum Laserschneiden mit CO2-Laser
Der CO2-Laser basiert technisch darauf, dass elektromagnetische Wellen im Megahertzbereich in ein Gasgemisch aus Kohlendioxid (CO2), Helium und Stickstoff eingestrahlt werden. Die CO2-Moleküle werden dadurch angeregt und auf ein höheres Energieniveau gebracht.
Die Energie macht sich durch Vibration oder auch Rotation der CO2-Moleküle bemerkbar. Infrarot-Photonen, die auf ein angeregtes CO2-Molekül treffen bewirken dann die Abgabe der Energie als Photon (stimulierende Emission). Der so erzeugte Laserstrahl wird dann über Spiegel in einem Laserschneider genau auf das Werkstück gerichtet.
Dabei fokussiert man den Laserstrahl kurz vor dem Werkstück in einem Schneidkopf und kann z.B. durch Linsen einen Durchmesser von 0,1mm auf der Brennebene erreichen. Dadurch wird das Werkstück an dieser Stelle sehr heiß. Häufig wird dort noch ein Gas, z.B. Sauerstoff zugeführt, um den Laserschneide-Prozess zu unterstützen.
Mit Gasen wie Stickstoff oder Argon erreicht man, dass möglichst keine Oxidationsprozesse an der Schnittstelle stattfinden. Weil die Temperatur an der Schnittstelle durch den hochenergiereichen Laserstrahl über den Schmelzpunkt des Materials geführt wird, verschwindet dort das Material (z.B. durch Verdampfen oder Verbrennen).
Je nach Intensität des Laserstrahls kann man auf der Oberfläche des Werkstücks ggf. nur gravieren, oder aber das Werkstück auch schneiden.
Unterschiedliche Leistung – unterschiedliche Wirkung
Je nachdem wie stark der Laser ist oder eingestellt wird, kann man unterschiedliche Wirkungen erzeugen: Eher schwächere Laser (bis 400 Watt) eignen sich vor allen Dingen für Folgendes:
- Schneiden von dünnen organischen Materialien (Kunststoff, Textilien, Holz),
- Gravieren und Perforieren,
- Schneiden z.B. auch von Acryl.
In der Industrie werden im Bereich Metalle üblicherweise zum Laserschneiden stärkere Laser eingesetzt. CO2-Laser haben dort Leistungen von mindestens 1 bis 6 Kilowatt und werden benutzt zum:
- Laserschneiden von Metallen,
- Schweißen von Metallen,
- Härten von Metallen,
- Umschmelzen von Metallen.
In der Blechbearbeitung werden Laserschneide-Maschinen ebenso eingesetzt wie in der Rohrbearbeitung. Rohre können damit nicht nur sauber abgeschnitten werden, sondern es sind auch frei wählbare Einschnitte in Rohre (z.B. für Anschlüsse) möglich.
Laserschneide-Maschinen aus der Industrie nicht mehr wegdenkbar
Mittlerweile sind moderne Laserschneider aus der Industrie nicht mehr wegdenkbar und werden in allen Bereichen genutzt:
- Automobilbau,
- Stahlbau,
- Rohrherstellung,
- Textilindustrie,
- Kunststoffindustrie.
Vorteile beim CO2 Laserschneiden
Das Laserschneiden mit CO2-Technik hat folgende Vorteile:
- Keine Gratbildung an den Kanten.
- Geringe thermische Belastung des restlichen Werkstückes.
- Präzises Schneiden auch komplexer Formen möglich.
- Hohe Prozesssicherheit auch bei Wiederholungen.
- Optimale Materialausnutzung möglich (z.B. beim Blechschneiden).
- Wirtschaftlichkeit auch bei kleinen Mengen.
- Schnell individuell programmierbar – keine Werkzeug-Fertigung erforderlich.
- Wenig bis keine Nachbearbeitung an der Schnittstelle erforderlich.
Durch die vielen Vorteile eines Laserschneiders verschwinden nach und nach konservative, frühere Techniken wie Sägen und Schneiden ohne Laser aus der Industrie und werden nur noch für Nischenanwendungen gebraucht.
Quelle: https://www.troteclaser.com/de/know-how/laser-wiki/co2-laser/
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