Neue Laserschneidmaschine? Der ultimative Guide!

Laserschneidmaschine erklärt!

Eine Laserschneidmaschine schneidet zuverlässig, präzise und rasch verschiedene Werkstoffe mit einem Laserstrahl. Typische zu schneidende Materialien bzw. Materialstärken sind:

• Baustahl bis 50 mm
• Aluminium bis 50 mm
• Edelstahl bis 50 mm
• Kupfer bis 20 mm
• Messing bis 20 mm

Welche Laserschneidmaschine die Richtige für Ihr Vorhaben ist, hängt stets vom Teilespektrum, dem benötigten Durchsatz und weiteren Faktoren ab. Diese sind ausschlaggebend für den Lasertyp, die Laserleistung, Bettgröße und Automationsgrad.

Inhalt:

Laserschneidmaschine erklärt!
Wie funktioniert Laserschneiden?
Faserlaser vs. CO₂-Laser
Vor- und Nachteile einer Laserschneidmaschine
Laserschneiden vs. Wasserstrahlschneiden
Laserschneiden vs. Brennschneiden
Laserschneiden vs. Plasmaschneiden
Checkliste für den Kauf einer Laserschneidanlage
Die drei größten Hersteller

Wie funktioniert Laserschneiden?

Trifft beim Laserschneiden der Laserstrahl auf das zu bearbeitende Werkstück, wird dieses an der gewünschten Stelle geschmolzen, verdampft oder verbrannt. Das Trennverfahren funktioniert also durch starke, punktuelle Hitzeeinwirkung auf den zu trennenden Werkstoff.

Der Prozess innerhalb der Laserschneidmaschine setzt sich aus drei Teilprozessen zusammen, welche gemeinsam den Schneidprozess bilden:

• 1.Der Schneidkopf wird im Eilgang an die Startposition der nächsten Kontur gefahren. Von da aus bewegt sich der Schneidkopf entlang der Schnittkontur mit der für das jeweilige Material voreingestellten Geschwindigkeit.
• 2.Das zum Laserschneiden benötigte Prozessgas wird durch die Schneiddüse auf den Schnittpunkt ausgeblasen. Das Gas entfernt nicht nur Werkstoffreste aus der Schnittkante, es hat auch eine Schutzfunktion für den Bearbeitungskopf vor etwaigen Dämpfen oder Spritzern.
• 3.Parallel wird der Laserstrahl erzeugt, vom Blech absorbiert und damit das Blech geschnitten.

Je nach Werkstoff wirkt dabei eines dieser drei Verfahren:

• Laser-Brennschneiden: Der Laser bringt das Material auf Zündtemperatur und dem Schneidgas wird Sauerstoff hinzugefügt. Dadurch wird das Material verbrannt und mit dem Schneidgas bei niedrigem Druck aus der Fuge geblasen. Der Laser-Fokus liegt auf der Blechoberseite. Brennschneiden ist schneller als Schmelzschneiden, da die Verbrennungsenergie zusätzliche Wärme einbringt.
• Laser-Schmelzschneiden: Der Laser bewirkt ein Aufschmelzen des Materials. Das aufgeschmolzene Material wird dabei mit höherem Druck aus der Fuge geblasen. Der Laser-Fokus liegt auf der Blechunterseite. Es findet keine Korrosion in der Schnittkante statt, dadurch wird ggf. Nacharbeit reduziert.
• Laser-Sublimierschneiden: Der Laser bewirkt ein Verdampfen des Materials. Dies wird bei nichtmetallischen Werkstoffen wie Holz, Kunststoff, Papier und Textilien eingesetzt.

Faserlaser vs. CO₂-Laser

Laserschneidmaschinen für den industriellen Einsatz haben in der Regel einen Faserlaser oder einen CO₂-Laser. Anlagen mit Diodenlaser sind bei der Verarbeitung von Metallen noch relativ neu und dementsprechend selten, versprechen aber einen noch höheren Wirkungsgrad als bei einem Faserlaser.

Eigenschaften CO₂-Laser:

• schöne Schnittkanten
• geringere Nacharbeit aufgrund des sauberen Schnitts
• Einsatz für nichtmetallische Werkstoffe, wie Kunststoff und Holz
• Laser-Umlenkung über Spiegel, daher ein höherer Wartungsaufwand, höherer Gasverbrauch (Schutzatmosphäre am Spiegel) und Größenbeschränkung
• niedriger Wirkungsgrad von ca. 10%
• Baustahl bis 25 mm auf 6 kW Anlage
• Aluminium bis 25 mm auf 6 kW Anlage
• Edelstahl bis 15 mm auf 6 kW Anlage

Eigenschaften Faserlaser im Vergleich zum CO₂-Laser:

• kompakt, bis zu 70% geringerer Platzbedarf
• Besseres Absorptionsverhalten bei glänzenden Metallen durch geringere Wellenlänge, daher auch Kupfer und Messing verarbeitbar.
• hoher Wirkungsgrad von ca. 30 %
• bis zu 5x schnellere Schnittgeschwindigkeit, bei erheblich geringerem Energieverbrauch
• geringerer Wartungsaufwand und Gasbedarf, da Laser-Umlenkung in Glasfaser
• bis zu 50 % geringerer Maschinenstundensatz
• keine Aufwärmphase
• Schnittspalt ist dünner
• größere Anlagen möglich
• Schnittkanten bei dickeren Blechen weniger gut
• Baustahl bis 50 mm auf 20 kW Anlage
• Aluminium bis 50 mm auf 20 kW Anlage
• Edelstahl bis 50 mm auf 20 kW Anlage
• Kupfer bis 20 mm auf 20 kW Anlage
• Messing bis 20 mm auf 20 kW Anlage

Fazit Faserlaser vs. CO₂-Laser für die Metallverarbeitung:

Der Faserlaser überzeugt durch die 3x höhere Energieeffizienz, einen geringeren Wartungsaufwand sowie durch die bis zu 5x schnellere Schnittgeschwindigkeit. Laserschneidmaschinen mit CO₂-Laser zeichnen sich durch die schöneren Schnittkanten bei dickeren Blechen aus. Dies kann eine eventuelle Nacharbeit entfallen lassen.

Der Trend geht jedoch ganz klar zum Faserlaser, so verkauft Amada bereits mehr als 90% Ihrer Anlagen mit Faserlasern. Wer sich dennoch für eine CO₂-Anlage interessiert, sollte sich die CrossFlow von Mitsubishi anschauen.

Vor- und Nachteile einer Laserschneidmaschine

Die Laserschneidmaschine punktet mit sauberen Schnittkanten sowie einer guten Materialausnutzung. Zudem lassen sich Gravuren sowie Trennverfahren in einem Arbeitsgang durchführen.

Nachteilig sind hohe Kosten der Anlage, welche je nach Einsatz variieren. Ein hoher Verbrauch an Energie und Schutzgas sowie hohe Anforderungen an den Arbeitsschutz.

Laserschneiden Vorteile

• wirtschaftlich und schnell bis mindestens 12 mm Blechstärke, bei dünnen Blechen sogar sehr schnell
• vielseitig einsetzbar, da zahlreiche Materialien verarbeitet werden können
• Gravur und Schneiden in einem Arbeitsgang
• hochflexibel, da keine Werkzeuge benötigt werden → auch bei geringen Stückzahlen wirtschaftlich
• schmale und saubere Schnittkanten, beste Präzision aller thermischen Trennverfahren
• Bei einigen Materialien bzw. Blechstärken ist keine Nacharbeit notwendig.

Laserschneiden Nachteile

• höhere Anlagekosten
• hoher Energiebedarf und Schutzgas notwendig
• Arbeitsschutz unbedingt notwendig, bzgl. entstehender Dämpfe und der Verletzungsgefahr durch den Laser.

Laserschneiden vs. Wasserstrahlschneiden

Die Wasserstrahlschneidmaschine nutzt die Technik des Abrasivstrahlschneidens. Damit können auch Bleche im Paket geschnitten werden. Dies ist beim Laser nicht möglich, denn durch die Hitze würden die Blechpakete an der Schnittstelle miteinander verschmelzen. Zudem kann mit einem Wasserstrahlschneider eine sehr große Bandbreite von Materialien geschnitten werden, wie zum Beispiel auch Glas und Stein.

Das Laserschneiden bietet gegenüber dem Wasserstrahlschneiden ganz klar den Vorteil der Geschwindigkeit, allerdings nur bei Blechen mit einer geringeren Materialstärke. Eine Laserschneidmaschine eignet sich zudem vorwiegend zur Metallbearbeitung. Stahl, Edelstahl, Aluminium, Kupfer und Messing bilden das Haupteinsatzgebiet beim Laserschneiden.

Fazit: Bei dünneren Blechen ist die Laserschneidmaschine ungeschlagen. Die Wasserstrahlmaschine hat ihre Stärken bei dickeren Blechen oder in der sehr großen Materialvielfalt.

Laserschneiden vs. Brennschneiden

Das Brennschneiden (auch autogenes Brennschneiden) arbeitet mit einer Sauerstoff-Brenngas-Flamme, welche als Wärmequelle dient. Die hier verwendeten Gase sind beispielsweise Propan, Erdgas oder Acetylen. Die Heizflamme erhitzt den zu bearbeitenden Werkstoff und reinigt diesen gleichzeitig von Verunreinigungen wie Rost. Beim Brennschneiden wird, wie der Name schon vermutet Material entlang der Schnittkante verbrannt. Es entsteht eine Schlacke, welche aus der Schnittfuge herausgeblasen wird. Bei diesem Prozess müssen jedoch die Zündtemperatur und die Schmelztemperatur der jeweiligen Schlacke geringer sein als der Schmelzpunkt des Werkstoffes.

Dementsprechend eignet sich dieses Verfahren für Werkstoffe mit einer geringeren Wärmeleitfähigkeit. Beispiele hierfür sind Stahl (niedrig legiert) oder Titan. Dementsprechend ist das Brennschneiden nicht flexibel einsetzbar und im Vergleich zur Laserschneidmaschine ist das Einsatzgebiet begrenzt.

Die Vorteile der Brennschneidmaschinen liegen in der örtlich flexiblen Einsetzbarkeit. So stehen diese nicht immer in einer Werkhalle, sondern kommen auf Baustellen und an weiteren Orten zum Einsatz. Die geringen Kosten der Anschaffung und des Betriebes gehören ebenfalls zu den Vorteilen. Bei Blechstärken mit mehr als ~40 mm ist das Brennschneiden wirtschaftlicher als das Laserschneiden. Die hohe thermische Werkstoffbelastung sowie die eingeschränkten Einsatzmöglichkeiten (bei Werkstoffen) zählen zu den Nachteilen.

Laserschneiden vs. Plasmaschneiden

Das Plasmaschneiden wurde entwickelt, um Aluminium oder hoch legierte Stähle und andere Werkstoffe, welche nicht zum Brennschneiden geeignet sind, zu schneiden. Plasmaschneiden eignet sich auch bei stromleitenden Metallen wie Titan oder Kupfer. Bei Plasma handelt es sich um ein elektrisch leitfähiges Gas mit einer hohen Temperatur. Die hohe Geschwindigkeit beim Schneiden von Blechen ab ca. 12 mm ist ein Pluspunkt für das Plasmaschneiden. Im Vergleich zum Laserschneiden sind jedoch breitere Schnittfugen zu erwarten, denn ein Plasmastrahl lässt sich nicht so gut fokussieren wie ein Laserstrahl. Sind filigrane Arbeiten erwünscht, ist die Laserschneidmaschine die bessere Wahl. Die Anschaffung und auch der Betrieb sind im Vergleich zur Laserschneidanlage günstiger.

Das Plasmaschneiden ist das einzige thermische Schneidverfahren für hochlegierte Stähle und für Aluminiumwerkstoffe, welche sehr dick sind. Die hohe Schneidgeschwindigkeit, insbesondere im Vergleich zum autogenen Brennschneiden, ist ein deutlicher Vorteil, ebenso wie die geringere Wärmeeinbringung beim Schneiden von Baustählen. Dementsprechend kommt Plasmaschneiden bei Blechstärken von ca. 12 bis 40 mm zum Einsatz.

Checkliste für den Kauf einer Laserschneidanlage

Wenn Sie eine Laserschneidanlage kaufen, sollte stets die Wirtschaftlichkeit geklärt werden. Anbei eine Checkliste als Hilfestellung vor dem Kauf einer Laserschneidmaschine:

• Benötigtes Teilespektrum definieren: Materialien, Materialstärken, Schnittqualität und maximale Bauteilgrößen
• Soll die Anlage auch Rohre lasern können?
• Ist Laserschneiden das bestgeeignetste Verfahren für mein Teilespektrum?
• Vorauswahl zum Lasertyp (Faserlaser vs. CO₂-Laser) und Laserleistung. Basierend auf den benötigten Materialien, Materialstärken sowie der benötigten Schnittgeschwindigkeiten. Hier hilft unser Laser-Rechner.
• Verschiedene Hersteller von Laserschneidmaschinen kontaktieren sowie Anforderungen und Teilespektrum kommunizieren --> Angebot sowie Beispiel-Schnittzeiten und Beispiel-Verbräuche zu einigen Teilen anfordern
• Mit Angebot und Beispieldaten Maschinenstundensatz und Teilepreis der verschiedenen Anlagen berechnen. Um zum Beispiel bewerten zu können, inwieweit der Teilepreis durch eine höhere Schnittgeschwindigkeit sinkt. Hier hilft unser kostenloser Rechner für den Maschinenstundensatz
• Gibt es in meinem Teilespektrum seltene Materialstärken oder Materialien, die die zu kaufende Anlage unnöttig teurer machen? Ist es wirtschaftlicher diese seltenen Typen extern fertigen zu lassen?
• Ist mein Teilespektrum so breit, dass es wirtschaftlicher ist dies mit zwei unterschiedlichen Anlagen abzudecken?
• Wie ist die Verfügbarkeit, der Preis und Lebensdauer von Verschleißteilen?
• Wie schnell ist ein Techniker da, im Falle einer Reparatur und welche Reisekosten entstehen?
• Testbauteile bestellen und Schnittqualitäten bewerten
• Entspricht die Anlage den Arbeitsschutzanforderungen in Deutschland?
• Kann ich die Aufstellbedinungen der Anlage erfüllen? Bodenbelastbarkeit? Benötigter Starkstromanschluss machbar?
• Kann ich mit der neuen Anlage Laserteile zu einem marktfähigen Preis anbieten?
• Welche zusätzliche Software wird benötigt? Zum Beispiel unsere Kalkulationssoftware Laserschneiden zur Kalkulation von Laser- und Kantteilen direkt auf Ihrer Webseite.

Die drei größten Hersteller

Die drei weltweit größten Hersteller von Laserschneidmaschinen für die Blechverarbeitung sind: TRUMPF SE + Co. KG, K.K. Amada und Bystronic AG. Mehr Details inklusive Jahresumsatz, verkaufte Laserschneidmaschinen und Anzahl Mitarbeiter finden Sie in der folgenden Übersicht zu den weltweit größten Herstellern von Laserschneidmaschinen.

Allgemeine Quellen:

H. Bauer, Lasertechnik, Vogel Verlag, Würzburg 1991
D. Förster und W. Müller, Laser in der Metallbearbeitung, Vogel Buchverlag, Würzburg 1993
I. Nebelin, Laserschneiden für die Blechbearbeitung, GRIN Verlag, Norderstedt 2006