3 Dezember 2018

Stahlschneiden – welchen Laser soll man wählen? CO2 oder Faser

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CO2-Laser gegenüber Faserlaser.

Zuerst CO2-Laser wurden bereits in den 1980er Jahren in der Metallbearbeitung eingesetzt, aber im Laufe der Zeit sind Ingenieure und Wissenschaftler auf diesem Gebiet nicht stehen geblieben. Obwohl die Technologie der Faserlaser ihren Ursprung in den 70er Jahren hatte, dauerte die Entwicklung dieses Gebiets über zwei Jahrzehnte.
Faserlaser (Faseroptik) hatten anfangs eine Leistung von mehreren mW, was einen Einsatz in der Stahlindustrie nicht zuließ. Erst im Jahr 2000 wurde der erste 100-W-Faserlaser entwickelt, und im nächsten Jahrzehnt entwickelte sich die Technologie weiter und die Leistung von Faser-(Dioden-)Lasern stieg auf 20kW.
Eine neue Ära der Laser in der Metallindustrie war geboren.

Die Faserlasertechnologie gilt als bahnbrechend und „revolutionär“, da sie die gesamte Metallerzeugung und -bearbeitung beeinflusst hat. In nur 5 Jahren erreichten die Faserlaser die 4kW-Schneidschwelle, was bei CO2-Lasern fast 4x länger dauerte. Faserlaser haben nach zehn Jahren einen Leistungsbereich von 10kW bis 12kW erreicht, wo CO2-Laser dies noch nie geschafft haben. Faserlaser erreichten in den folgenden Jahren Leistungen von über 20 kW und werden seit vielen Jahren in verschiedenen Industrien auch außerhalb des Blechschneidens eingesetzt.

Vorteile der Faserlasertechnologie

Die Hauptvorteile beim Schneiden von Flachblechen mit Faserlasertechnologie liegen in der monolithischen Faser-zu-Faser-Halbleiterkonfiguration, die wartungsfrei ist und niedrigere Betriebskosten als vergleichbare CO2-Laser bietet.
Die Eigenschaften des Laserstrahls sorgen auch dafür, dass das Schneiden deutlich schneller ist als bei CO2-Lasern, auf die wir weiter unten eingehen werden.
Selbst der konzentrierte Strahl eines Faserlasers mit einer Leistung von 2kW weist im Brennpunkt eine 5-mal höhere Leistungsdichte auf als bei einem CO2-Laser mit einer Leistung von 4kW. Aufgrund der kürzeren Wellenlänge des Faserlasers hat er auch 2,5-mal höhere Absorptionseigenschaften. Die höhere Wellenlängenabsorption der Faser und die durch den fokussierten Strahl erzeugte höhere Leistungsdichte führen zu einer bis zu fünffach höheren Schnittgeschwindigkeit bei Materialien mit einer Dicke von weniger als 6 mm.

Die Vorteile höherer Drehzahlen ergeben sich auch bei Verwendung von Stickstoff als Hilfsgas, da die Schmelze sofort aus dem Schneidspalt gespült wird. Je höher die Leistungsdichte des Laserstrahls, desto schneller wird das Material in den geschmolzenen Zustand gebracht, desto schneller erfolgt der Vorschub. Eine höhere Schnittgeschwindigkeit von Faserlasern reduziert die Bearbeitungskosten deutlich.

Die effektive Nutzung der Vorteile von Hochleistungs-Faserlasern erfordert eine sorgfältige Planung und Steuerung aller Prozesse. Bis zum Vierfachen des Durchsatzes und niedrigere Bearbeitungskosten, was mehr als die Hälfte dessen ist, was mit einem CO2-Laser möglich ist, sodass sich der finanzielle Gewinn verdoppeln kann. Das Ergebnis sind niedrigere Stückkosten für einzelne Komponenten, höhere Gewinnmargen und eine kürzere Kapitalrendite. Vergessen wir nicht den Zusatznutzen der gesteigerten Maschinenleistung, denn Sie können doppelt so viel Material gleichzeitig verarbeiten und haben die Möglichkeit, zusätzliche Aufträge anzunehmen, um Ihren Umsatz und damit den Gewinn Ihres Unternehmens weiter zu steigern.

Ein Faserlaser kann Kupfer, Messing und Aluminium viel besser, schneller und sicherer schneiden als CO2, da der Strahl leichter absorbiert wird und kein Licht reflektiert. Die Betriebskosten eines Faserlasers betragen aufgrund des geringeren Stromverbrauchs und der hohen elektrischen Effizienz der Faserlaser in der Regel die Hälfte dessen, was eine CO2-Anlage bieten kann.

Viele Aspekte zeugen von den Vorteilen eines Faserlasers:

Ein Hochleistungs-Faserlaser kann bis zu 5-mal schneller kürzen als ein herkömmlicher CO2-Laser und verbraucht die Hälfte der Betriebskosten.
Faserlaser benötigen keine Aufwärmzeit – normalerweise etwa 10 Minuten, um einen Hochleistungs-CO2-Laser zu starten.
Faserlaser erfordern keine Strahlwartung wie Spiegel- oder Linsenreinigung und Strahlkalibrierung. Es kann weitere 4 oder 5 Stunden pro Woche verbrauchen CO2-Laser .
Faserlaser verfügen sowohl an der Quelle als auch am Transport des Laserstrahls zum Schneidkopf über einen vollständig abgedichteten Glasfaserweg. Der Strahlengang ist keiner Kontamination wie bei CO2-Lasern ausgesetzt.
Der Transport des Strahls vom Generator zum Schneidkopf sorgt für eine gleichmäßige Zentrierung des Laserlichts. Da die Integrität des faseroptischen Strahls ebenso wie die Schneidparameter konstant bleiben, erfordert er viel weniger Anpassung als ein CO2-Laser.

Zusammenfassung:
Die Anschaffungs-, Betriebs- und Wartungskosten von Faserlasern sind deutlich geringer als bei Co2-Lasern. Ebenso ist die Effizienz eines Faser-(Dioden-)Lasers mehr als doppelt so hoch. Eine einfache Bilanz bei der Gegenüberstellung beider Technologien sagt einfach ... der Gewinner ist Faserlaser

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