Was macht den Laser so besonders?
Laser ist ein amerikanisches Kunstwort und steht für „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation“. Sinngemäß übersetzt: Lichtverstärkung durch angeregte Aussendung von Strahlung. Albert Einstein beschrieb 1917 das Prinzip der stimulierten Emission und schuf damit die theoretischen Grundlagen, die bis heute gültig sind. Der erste Laser wurde jedoch erst Jahrzehnte später gebaut: 1960 stellte Theodore H. Maimann seinen Rubinlaser vor. Als Schneidwerkzeug wurden Laser erstmals Anfang der 1970er Jahre an vorhandenen Maschinenkonzepten eingesetzt.
Das Werkzeug Licht
Um dieses Werkzeug zu verstehen, muss man die Eigenschaften des Laserlichts kennen. Der Laserstrahl an sich kann noch nichts tun. Erst wenn er geführt, geformt und gebündelt ist, wird aus ihm ein Werkzeug. Seine besonderen Eigenschaften sind die Voraussetzung dafür:
- Laserlicht ist monochromatisch. Das heißt, alle Lichtwellen haben die gleiche Wellenlänge.
- Im Laserstrahl schwingen alle Lichtwellen im Gleichtakt. Man nennt dies Kohärenz.
- Die Lichtwellen laufen nahezu parallel zueinander. Der Laserstrahl weitet sich daher nur in geringem Maße auf.
- Die Leistungsdichte des Laserstrahls ist sehr viel höher als die von herkömmlichen Lichtquellen.
Die Leistungsdichte im Laserstrahl kann unterschiedliche Strukturen aufweisen. Diese innere Struktur bezeichnet man mit dem englischen Begriff Mode. Zum Schneiden verwendet man meist einen Laserstrahl, dessen Leistung sich in der Mitte des Querschnitts konzentriert und zum Rand hin abnimmt (Gauß-Verteilung).
Seine Eigenschaften ...
Bis heute steht der Laser nicht konkurrenzlos da. Doch im Vergleich zu allen anderen Trennverfahren bietet er entscheidende Vorteile:
- Laser arbeiten berührungslos. Wo bei anderen Blechbearbeitungsverfahren massive Werkzeuge mit enormen mechanischen Kräften auf das Material einwirken, erledigt ein Laserstrahl seine Arbeit beim Laserschneiden berührungslos. Die Lichtwellen werden vom Material absorbiert und in Wärme umgewandelt. Das Blech erhitzt sich, schmilzt, verdampft oder verbrennt. Das Werkstück wird nicht mechanisch belastet. Der Laserstrahl verschleißt nicht wie andere Werkzeuge.
- Laser arbeiten präzise. Sie können feine Konturen und Strukturen mit hoher Genauigkeit erzeugen.
- Laser erwärmen das Material nur lokal. Die Wärmeeinflusszone ist sehr gering. Das restliche Werkstück wird minimal oder gar nicht thermisch belastet.
- Laser sind flexibel. Mit einem Werkzeug lassen sich ganz unterschiedliche Formen und Konturen erzeugen. An einer Maschine lassen sich verschiedene Verfahren einsetzen, etwa wenn Blechteile ausgeschnitten und gleich beschriftet werden.
... und Vorteile
Wirtschaftlichkeit und Qualität sind die entscheidenden Faktoren bei der Entscheidung gegen oder für die Laserbearbeitung. Den Vorteilen der Laserbearbeitung stehen hohe Investitionskosten gegenüber: Das Lasergerät und die zugehörige Anlage kosten mehr als konventionelle Maschinen. Diesen Nachteil gleicht der Laser mit folgenden Stärken aus:
- Laser sind schnell. Oft ist die Prozessgeschwindigkeit höher als bei konventionellen Verfahren. Höhere Produktivität gleicht die hohen Investitionskosten aus.
- Laser liefern Qualität. Die Qualität der Laserbearbeitung ist oft besser als die konventioneller Verfahren.
- Laser verringern Nacharbeit oder machen sie ganz überflüssig. Das beschleunigt die Fertigung und erhöht die Produktivität.