Scharfes Licht

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Immer schneller sollen Laserschneidanlagen ein immer breiteres Spektrum an Metallen von zwei- und dreidimensionalen Bauteilen bearbeiten. Für die Maschinenhersteller eine Herausforderung.

Es gibt kaum ein schärferes und präziseres Werkzeug um Metalle zu trennen als den Laser. Es wundert daher wenig, dass Schneiden zu den ersten Anwendungsgebieten in der Lasermaterialbearbeitung zählt. Auch heute noch gehört es neben Schweißen und Gravieren zu den häufigsten Aufgaben, die der Laser in der Industrie ausführt.

Mit den Jahren wurde die Technik immer ausgefeilter und die Bandbreite der Schneidanwendungen immer größer: Das Spektrum heutiger Laserschneidanlagen reicht vom Lasermikroschneiden hauchdünner, filigraner medizinischer Bauteile bis hin zum 3-D-Lasermakroschneiden von Rohren oder warmumgeformten Karosseriebauteilen in der Automobilindustrie.

Die Industrie möchte keine hochspezialisierten Maschinen, sondern Anlagen, die ein breites Spektrum höchstem Qualitätsniveau beherrschen.

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Ob zwei- oder dreidimensionale Bauteile: Kaum ein Werkzeug eignet sich besser zum Schneiden von Metall als der Laser. (Foto: TRUMPF)

Ob Bau- oder Edelstahl, stark reflektierende Metalle wie Aluminium, Kupfer, Messing oder Titan – das Medium Licht macht vor kaum einem dieser Materialen halt. Bis zu 50 Millimeter Dicke Edelstahlbleche meistern moderne Laserschneidanlagen. Und die Anforderungen steigen weiter: Immer noch schneller, präziser und flexibler sollen die Anlagen werden, dabei energieeffizienter, einfach bedienbar und zuverlässig sein und möglichst wenig Platz einnehmen.

Die Herausforderung für die Maschinenhersteller besteht darin, all diese Anforderungen mit höchst vielseitigen Maschinen zu bedienen. Denn die Industrie möchte keine hochspezialisierten Maschinen, sondern Anlagen, die ein breites Spektrum an Blechdicken und Werkstoffen auf höchstem Qualitätsniveau beherrschen und das Material effizient ausnutzten.

Zwei Strahlquellen

Bei der Wahl der richtigen Anlage kommt es als erstes auf die optimale Strahlquelle an. Lange war der CO2-Laser als Schneidwerkzeug fast konkurrenzlos. In den letzten Jahren erhielt jedoch auch der Festkörperlaser mehr und mehr Einzug in die Welt der 2-D- und 3-D-Schneidappliaktionen. Beide Technologien haben ihre Vorteile. Welche jeweils die Bessere ist, kommt ganz auf die Anwendung und die Schneidtechnik an.

Beim 2-D-Schmelzschneiden von Edelstahl im Dickblechbereich beispielsweise, erzielt der CO2-Laser eine höhere Schnittqualität. Ab einer Blechdicke von über zehn Millimetern erlaubt er zudem höhere Schneidvorschübe. Das gilt auch für 3-D-Bauteile aus Aluminium.

Immer noch schneller, präziser und flexibler sollen die Anlagen werden, dabei energieeffizienter, einfach bedienbar und zuverlässiger.

Festkörperlaseranlagen hingegen punkten vor allem bei Dünnblechen bis in den mitteldicken Blechstärkenbereich, wo sie sehr hohe Vorschubgeschwindigkeiten erreichen. Dabei arbeiten diese Anlagen sehr energieeffizient und wartungsarm. Der Festkörperlaser eignet sich besonders zum Schneiden von Buntmetallen wie Kupfer oder Messing. Das liegt daran, dass der er nur etwa ein Zehntel der Lichtwellenlänge des CO2-Lasers besitzt. Diese Strahlung können Buntmetalle viel besser absorbieren und lassen sich deshalb energieeffizienter und besser schneiden.

Unterschiedliche Maschinenkonzepte

Steht die Laserquelle fest, folgt im nächsten Schritt die Wahl des richtigen Maschinenkonzepts. Denn je nachdem ob der Laser dreidimensionale Bauteile oder Tafelmaterial schneiden soll, sind unterschiedlich Konzepte notwendig.

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Schnelles System für das 3-D-Laserschneiden: Die Funktion ObserverLine erkennt Schneidbutzen zuverlässig und erhöht die Produktsicherheit. (Foto: TRUMPF)

Die räumlichen Anforderungen und die kinematischen Freiheitsgrade bei der Bewegung sind nämlich sehr unterschiedlich: Während 2-D-Schneidanlagen typischerweise kartesische 3-Achs-Maschinen sind, kommen beim 3-D-Schneiden noch zwei rotatorische Achsen hinzu. Dadurch ist es möglich, den Laserstrahl auch bei der Bearbeitung von dreidimensionalen Objekten orthogonal auf das Blech zu führen.

Ein weiterer Unterschied der Maschinenkonzepte betrifft das Anwendungsspektrum. 2-D-Laserschneidanlagen bearbeiten ein Spektrum, das von Dünn- bis hin zu Dickblechen reicht. Anlagen für 3-D-Anwendungen sind hingegen vorwiegend für Dünnbleche von 0,8 bis 2,5 Millimeter Dicke konzipiert.


Lösungen von Trumpf

TruLaser Cell 8030

Die zweite Generation TruLaser Cell 8030 eignet sich besonders für die 3-D-Laserbearbeitung von großen Losgrößen. Sie hat eine kompakte Aufstellfläche und ist von allen Seiten gut zugänglich.

TruLaser Cell 7000

Die Lasersysteme der TruLaser Cell Serie zeichnen sich durch ihre Flexibilität aus. Sie eigenen sich für zwei- oder dreidimensionale Bauteile.

TruLaser 5030 fiber

Die neue Generation der TruLaser 5030 fiber für das 2-D-Laserschneiden ist mit neuen Funktionen und acht Kilowatt Laserleistung noch produktiver, flexibler und prozesssicherer.

TruLaser 5000

Auch die CO2-Laseschneidanlagen haben die Ingenieure weiter verbessert. So verbrauchen die neuen TruFlow Laser der Maschinenserie TruLaser 5000 rund 30 Prozent weniger Strom als die Vorgängermodelle.

(Fotos: TRUMPF)

Der Laserspezialist Trumpf hat für die unterschiedlichen Anforderungen seine Laserschneidanlagen stetig optimiert. Für das 2-D-Schneiden bietet das Unternehmen sowohl für die CO2- als auch die Festkörper-Schneidanlagen verschiedene Universalmaschinen an. Gerade für die Blechbearbeitung mittels Festkörperlaser hat die BrightLine fiber Technologie zu einem Durchbruch geführt. Durch sie lässt sich ein sehr breites Spektrum an Blechdicken und Metallarten bearbeiten – von Baustahl über Edelstahl bis hin zu Aluminium.

Trotz der Fortschritte in der Entwicklung des Laserschneidens ist das Innovationspotenzial immer noch nicht ausgeschöpft.

Außerdem lassen sich noch feinere und kleinere Bohrungen, die man zuvor mechanisch einbringen musste, direkt schneiden. Die neue Generation der TruLaser 5030 fiber nutzt diese Technologie und bringt dem Anwender mehr Leistung, Flexibilität und Produktivität.

Auch im Bereich der CO2-Anlagen gab es Verbesserungen. So verbrauchen die neuen TruFlow Laser der Maschinenserie TruLaser 5000 rund 30 Prozent weniger Energie als zuvor.

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Beim 2-D-Laserschneiden reduziert die neue Funktion Smart Collision Prevention das Risiko von Kollisionen beim Laserschneiden auf ein Minimum. (Foto: TRUMPF)

Wenn beim 3-D-Schneiden Produktivität und Teilekosten an erster Stelle stehen, ist die neue TruLaser Cell 8030 die Maschine der Wahl. Sie ist vor allem für das Laserschneiden von warmumgeformten 3-D-Bauteilen bei großen Losgrößen gedacht. War die 3-D-Laserbearbeitung lange Zeit eine Domäne des Prototypenbaus, hat sich die Technologie inzwischen bei den Automobilbauern als bewährtes Verfahren für warmumgeformte Karosseriebauteile etabliert.

Steht hingegen Flexibilität an erster Stelle, wie das bei Job Shops der Fall ist, ist die Serie TruLaser Cell 7000 die bessere Alternative. Der Vorteil von 3-D-Festkörperlaseranlagen von TRUMPF ist zudem, dass sie auch Wärmeleitschweiß- oder Auftragsschweißaufgaben erledigen.

Trotz der Fortschritte in der Entwicklung des Laserschneidens ist das Innovationspotenzial immer noch nicht ausgeschöpft. Es wird also auch in Zukunft noch weitere Verbesserungen auf Seiten der Strahlquellen und auch auf der Maschinenseite geben.


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