Laserschneiden – was ist das und wofür wird es verwendet?

Die 3D-Holzpuzzles und Miniaturhäuser von ROBOTIME sind eng mit dem Laserschneiden verbunden. Wenn Sie neugierig sind, ist dieser Beitrag ein unterhaltsames und lehrreiches Tutorial, um mehr über diesen Prozess zu erfahren.

Was ist Laserschneiden?

Beim Laserschneiden handelt es sich um eine Technologie, bei der ein Lichtstrahl (ein sogenannter Laser) verwendet wird, um durch Verdampfung des Materials, auf das der Laser fokussiert ist, sehr feine Schnitte zu erzeugen.

Die ersten Anwendungsgebiete waren im industriellen Bereich, doch dank jüngster technologischer Fortschritte wird die Methode auch in Krankenhäusern (weitere Einzelheiten erfahren Sie unter „ Was ist Laserchirurgie? “), in der Architektur, in Unternehmen und in Schulen eingesetzt.

Die Funktionsweise besteht ganz einfach darin, dass mithilfe einer Optik und eines CNC-Moduls (Computerized Numerical Control) ein starker Lichtstrahl auf das zu schneidende Material fokussiert wird.

Manchmal ist ein Bewegungssteuerungsmodul integriert, um das Schneiden musterähnlicher und komplizierter Schnitte in ein bestimmtes Material zu ermöglichen.

Das mit dem Laser bearbeitete Material verdampft entweder oder wird mithilfe eines Druckluftstroms weggeblasen (Oberg Industries, nd). Die oben genannten Methoden hinterlassen einen feinen Schnitt, der an seinen hochwertigen Kanten erkennbar ist (Thomas, 2012).

Wie entsteht ein Laser?

Um zu verstehen, wie diese Technologie funktioniert, müssen wir uns zunächst diese Frage ansehen. Sie wird von einem Laser erzeugt, der einen horizontalen Laserstrahl aussendet, der durch einen 45°-Totalreflektor in einen vertikalen, nach unten gerichteten Laserstrahl umgewandelt wird.

Diese Laserstrahlen werden durch eine Linse fokussiert und bilden im Brennpunkt einen winzigen Punkt.

Wenn der Punkt auf das Material trifft, wird das Material schnell auf eine Verdampfungstemperatur erhitzt, bei der es verdampft und ein Loch bildet.

Während sich der Strahl über das Material bewegt, wird er mit Hilfsgasen (wie etwa CO2, Sauerstoff, Stickstoff usw.) kombiniert, um die geschmolzene Schlacke wegzublasen, sodass ein durchgehendes Loch mit einer sehr schmalen Schnittbreite (wie etwa 0,1 mm) entsteht und so der Schnitt des Materials abgeschlossen wird.

Dies ist ein Vlog des klassischen Phonographen LKB01D von ROBOTIME-ROKR , durch den Sie den gesamten Prozess des Phonographen vom Entwurf bis zur Entwicklung, einschließlich der Anweisungen zum Laserschneiden, grob nachvollziehen können.

Gängige Lasertypen

Mittlerweile gibt es verschiedene Lasertypen, die drei gängigsten sind jedoch der CO2- , der Neodym- (ND) und der Neodym-Yttrium-Aluminium-Granat-Laser (Nd:YAG) .

1. Sie werden in verschiedenen Bereichen und Materialien eingesetzt. Neodym-Laser eignen sich am besten zum Bohren von Materialien, die wiederholte Bewegungen und hohe Energie erfordern.
2. Der Neodym-Yttrium-Aluminium-Granat-Laser eignet sich am besten zum Bohren und Gravieren mit hoher Intensität.
3. Mit dem CO2-Laser lassen sich unterschiedliche Materialien gravieren und bohren.

Klassifizierungen des Laserschneidens

Laserschneiden kann auf viele Arten verwendet werden und zum Schneiden verschiedener Materialien werden unterschiedliche Methoden verwendet. Die gängigsten Laserschneidverfahren sind Verdampfen, Schmelzen und Blasen, thermische Spannungsrissbildung, Stealth-Dicing und reaktives Schneiden.

Hier ist eine Zusammenfassung der aufgeführten Methoden.

1. Verdampfungsschneideverfahren

Erhitzen Sie die Teile mit einem Laserstrahl mit hoher Energiedichte und verdampfen Sie sie in kurzer Zeit, sodass Dampf entsteht. Auf der Materialoberfläche bilden sich Schnitte. Die Verdampfungswärme ist im Allgemeinen groß, sodass für das Laserdampfschneiden eine beträchtliche Leistung und Leistungsdichte erforderlich sind.

Die Laserverdampfung wird hauptsächlich zum Schneiden zerbrechlicher metallischer und nichtmetallischer Materialien (wie Papier, Stoff, Holz, Kunststoff und Gummi) verwendet.

2. Schmelz- und Blasmethode

Beim Laserschmelzschneiden wird das Metallmaterial durch Lasererhitzung geschmolzen und die Düse bläst nichtoxidierende Gase (Ar, He, N usw.). Dabei verlässt man sich auf den Feststoffdruck der Gase, um das flüssige Metall auszutreiben und den Schnitt zu bilden. Der erforderliche Energiebedarf beträgt nur 1/10 des Dampfschneidens.

Das Laserschmelzschneiden wird hauptsächlich für Materialien verwendet, die nicht leicht oxidieren oder reaktive Metalle sind, wie Edelstahl, Titan, Aluminium und deren Legierungen.

3. Thermische Spannungsrissbildung

Je spröder ein Material ist, desto anfälliger ist es in der Regel für temperaturbedingte Brüche.

Die thermische Spannungsrissbildung baut auf dieser Eigenschaft auf und ist daher für spröde Materialien geeignet. Bei dieser Methode wird ein Lichtstrahl auf eine Oberfläche fokussiert, was zu einer lokalen Erwärmung führt. Diese lokale Temperaturänderung führt zu einer Ausdehnung, die zu gleichmäßigen Rissen führt.

Die Rissbildung ist vom Laser abhängig und wird üblicherweise in der SI-Einheit m/s gemessen. Diese Methode ist sehr effizient beim Schneiden von Glas und Leichtkeramik.

4. Reaktives Schneiden

Auch als Brennschneiden bezeichnet, wird der Laser als Vorwärmwärmequelle und ein aktives Gas wie Sauerstoff als Schneidgas verwendet. Einerseits wird das ausgeblasene Gas mit dem Schneidmetall in Kontakt gebracht, und es kommt zu einer Oxidationsreaktion, bei der eine große Menge Oxidationswärme freigesetzt wird; andererseits werden die geschmolzenen Oxide und Schmelzen aus dem Reaktionsbereich ausgeblasen, während die Schneidgeschwindigkeit weitaus höher ist als beim Laserdampfschneiden und Schmelzschneiden.

Das Laser-Sauerstoffschneiden wird hauptsächlich für Kohlenstoffstahl, Titanstahl, wärmebehandelten Stahl und andere leicht oxidierende Metallmaterialien verwendet.

5. Heimliches Würfeln

Bei dieser Methode wird ein Neodym-Yttrium-Aluminium-Granat-Laser zum Schneiden von Siliziumscheiben verwendet. Er wird hauptsächlich zum Schneiden von Silizium verwendet, da die Wellenlänge von 1064 nm gut für die elektronische Bandlücke von Silizium von 1117 nm geeignet ist.

Eigenschaften des Laserschneidens

1. Wie bereits erwähnt, ist das Laserschneiden sehr präzise. Es ist möglich, einen dünnen und schmalen Schnitt mit parallelen Schnittkanten durchzuführen. Die Genauigkeit des geschnittenen Materials kann auf ±0,05 mm eingestellt werden.
2. Eine Laserschneidmaschine enthält normalerweise mehrere CNC-Tische und der gesamte Schneidvorgang kann CNC-gesteuert sein. Sie müssen nur das CNC-Programm ändern, um verschiedene Materialformen zu schneiden.
3. Der Laserschneidvorgang ist geräuscharm und verursacht keine Umweltbelastung .
4. Der Laser kann verschiedene Materialien schneiden , darunter Metall, Nichtmetall, metallbasierte und nichtmetallbasierte Verbundwerkstoffe, Leder, Holz, Fasern usw.

Anwendungsgebiete des Laserschneidens

Das Anwendungsspektrum des Laserschneidens ist über die industrielle Erstfertigung hinaus vielfältig und umfasst auch andere Bereiche.

In der Automobilindustrie müssen die meisten Teile schnell und präzise reproduziert werden. Dafür gibt es nichts Besseres als das Laserschneiden. Darüber hinaus wird das Laserschneiden auch für die Dachfenster von Autos verwendet, wie beispielsweise beim deutschen Volkswagen-Konzern, der einen Laser mit einer Leistung von 500 W verwendet, um kompliziert geformte dünne Karosserieteile und verschiedene gebogene Teile zu schneiden.

In der Luft- und Raumfahrtindustrie werden für das Laserschneiden unter anderem Triebwerksflammenrohre, dünnwandige Titan-Chassis, Flugzeugrahmen, Titanhäute, Tragflächenträger, Heckflossen, Hauptrotoren von Hubschraubern, keramische Isolierfliesen für Space Shuttles usw. verwendet.

In der Medizinbranche verwenden Chirurgen Laserschneidemaschinen, um hochpräzise Operationen an empfindlichen Körperteilen durchzuführen, zum Beispiel an den Augen.

In der Chipindustrie wird das Laserschneiden eingesetzt, um kleine, präzise Siliziumteile für Halbleiterchips herzustellen.

In der Schmuckindustrie hat die Fähigkeit des Laserschneidens, winzige Schnitte zu erzielen, den Materialabfall bei der Schmuckherstellung verringert und so die Rentabilität erhöht.

In der Branche für 3D-Puzzles aus Holz und andere Spielzeuge wie ROBOTIME verwenden wir Laserschneidemaschinen zum Bauen von Modellen. ROBOTIME verwendet eine CO2-Laserschneidetechnologie , die den Fehler auf 0,05 mm begrenzt und alle Modelldetails präzise reproduziert.

Der größte Vorteil ist, dass die Holzpuzzles ohne Klebstoff zusammengefügt werden können. Wenn die Präzision eines Laserschneiders geringer ist als die erforderlichen Toleranzen der Teile, erfordert das resultierende Puzzle entweder zu viel Kraft oder Schleifarbeit zum Zusammenfügen oder ist zu locker, um ohne Klebstoff zusammenzuhalten.

Warum darüber reden?

Erstens sind die Produkte von ROBOTIME eng mit dem Laserschneiden verknüpft, und wir möchten unseren Benutzern mit diesem Beitrag mitteilen, dass wir durch Laserschneiden die Qualität unserer Produkte sicherstellen können.

Gleichzeitig versuchen wir unser Bestes, die Umwelt unabhängig von Materialfähigkeit und Prozess zu schützen.

Letzter Gedanke

Laserschneiden ist in unserem Leben weit verbreitet und wir können nicht anders, als über die Veränderungen und Hilfestellungen zu staunen, die die Technologie ins Leben gebracht hat. Gleichzeitig können Laserschneidmaschinen in der Miniaturwelt immer beliebter werden, was das Leben der Menschen zu einem spannenderen Erlebnis macht. Als Liebhaber von Handarbeiten in der Miniaturwelt ist es wichtig, die Geschichte hinter 3D-Puzzles zu kennen.