LASER POWER – Warum sollten Sie sich bei der Stahl-Bearbeitung für Hochleistungs-Faserlaser entscheiden?

Hochleistungs-Faserlaser haben die Bearbeitung von Stahl mit unübertroffener Geschwindigkeit, Präzision und Effizienz revolutioniert. Die Laserleistung steigert die Leistung und reduziert Nacharbeit sowie Ausschuss dank überlegener Schnittqualität. Sie hält die Kosten niedrig, da sie kompakt und wartungsarm ist und nur ein Verschleißteil benötigt. Deshalb entscheiden sich immer mehr Stahlverarbeiter für Hochleistungs-Faserlaser, um die Kosten pro Produkt zu senken und wettbewerbsfähig zu bleiben.

Was genau ist ein Hochleistungs-Faserlaser, wie funktioniert er und warum ist die Laserleistung entscheidend? Dieser Artikel behandelt mehrere wichtige Fragen zu Hochleistungs-Faserlasern in der Bearbeitung von Stahl.

• Was ist ein Hochleistungs-Faserlaser?
• Wie funktioniert ein Hochleistungs-Faserlaser?
• Welche Materialstärken, -arten und -größen kann ein Hochleistungs-Faserlaser schneiden?
• Was sind die Vorteile von Hochleistungs-Faserlasern?
• Welche Faserlaser-Leistungsquellen gibt es? Und wie trifft man die richtige Wahl?
• Welche Gase gibt es für das Faserlaserschneiden? Und wie trifft man die richtige Wahl?
• Warum sollte man sich in der Branche der Stahlbearbeitung für Hochleistungs-Faserlaser entscheiden?

Was ist ein Hochleistungs-Faserlaser?

Laser steht für „Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation“ (Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung). Das bedeutet, dass eine Quelle (Festkörper) Licht durch ein Glasfaserkabel transportiert, um das erforderliche Energieniveau zu erreichen. Anschließend wird ein hochintensiver, stark fokussierter Träger erzeugt. Dieser Träger liefert die Leistung und Präzision, um Materialien wie Stahl zu schneiden. Dieser industrielle Lasertyp wird für anspruchsvolle Anwendungen in der Fertigung eingesetzt, beispielsweise bei der Stahlbearbeitung.

„Hochleistungslaser“ bezeichnet im Allgemeinen Lasersysteme mit einer Leistung von 6 kW und mehr. Heute werden Hochleistungs-Faserlaser mit 20–40 kW häufig für das Schneiden von schwerem Stahl eingesetzt. Sie können verschiedene Materialarten, -größen und -stärken schneiden. Dies geschieht mit hoher Geschwindigkeit und erzeugt saubere, präzise Schnittkanten.

Wie funktioniert ein Hochleistungs-Faserlaser (Quelle)?

Ein Faserlaser besteht aus einer Festkörperquelle, einem Faserkabel und einem Schneidkopf. Er nutzt Dioden, um elektrische Energie in Licht umzuwandeln, das gebündelt und in eine Glasfaser geleitet wird. Wenn dieses Licht den dotierten Teil der Faser erreicht, regt es Elektronen auf ein höheres Energieniveau an. Das Ergebnis: Besetzungsinversion, die entscheidende Voraussetzung für die Erzeugung von Laserlicht. Sobald sich das System stabilisiert hat, erzeugt es einen gleichmäßigen Strom von rohem Laserlicht. Faser-Bragg-Gitter (FBGs) wirken wie winzige Spiegel, die einen Teil dieses Lichts reflektieren, um es zu verstärken, während der Rest als nutzbare Leistung weitergeleitet wird. Der Lichtstrahl wird anschließend gereinigt und stabilisiert, was zu einem starken, präzisen Laser führt, der mit einer schmalen Schnittfuge genau schneidet.

Tipp: Wählen Sie Lasergeräte der Lasersicherheitsklasse 1 , um die Sicherheit des Bedieners zu gewährleisten.

Welche Materialstärken, -arten und -größen kann ein Hochleistungs-Faserlaser schneiden?

Hochleistungs-Faserlaser können Stahl mit einer Dicke von 1 bis etwa 100 mm (4”) schneiden. Die Laserleistung bietet jedoch maximale Geschwindigkeit und Effizienz bis zu einer Dicke von etwa 25 mm (1”). Damit eignet sich die Laserleistung ideal für die meisten Anforderungen in der Stahlbearbeitung. Die Größe des Materials, das Sie bei der Bearbeitung verwenden können, hängt von der Maschine ab. Es sind Hochleistungs-Faserlaser für kleine, mittlere und große Formate erhältlich.

Je nach Ausgangsleistung können Laser Edelstahl, beschichteten Stahl, Baustahl, Aluminium, Kupfer und Messing schneiden. Hochleistungs-Faserlaser eignen sich daher sehr gut für Stahlverarbeiter. Sie benötigen sauberes, gleichmäßiges Material, um ihre beste Leistung zu erbringen. Rostige, ölige, gestrahlte oder unebene Oberflächen können den Laserschneidprozess verlangsamen.

Hochleistungs-Faserlaser eignen sich für die Stahlbearbeitung bis zur Ausführungsklasse 3 (EN 1090). Dadurch entfällt für Stahlverarbeiter die Notwendigkeit, eine separate Bohrmaschine anzuschaffen.

Was sind die Vorteile von Hochleistungs-Faserlasern?

• Präzision
  Der Laserstrahl erzeugt eine extrem schmale und kontrollierte Schnittfuge. Dadurch kann die Maschine winzige Geometrien und komplexe Konturen nachführen. Sie kann zudem filigrane Innenkonturen mit engen Toleranzen von bis zu ca. 0,002” / 0,05 mm schneiden.
• Hohe Schnittqualität
  Der gebündelte Strahl erzeugt glatte, saubere, schweißfertige Kanten mit minimalen Wärmeeinflusszonen. Dies reduziert Nacharbeit, minimiert den Verschnitt und macht separates Bohren bis zur Ausführungsklasse 3 überflüssig.
• Geschwindigkeit (bei Materialdicken < 25 mm/1") für höhere Leistungen
  en Je nach Laserleistung und Materialdicke können Laser bis zu 350 % schneller schneiden als andere Technologien. So kann ein 15-kW-Faserlaser beispielsweise Stahl 1,5-mal schneller schneiden als ein Standard-300 -A-Plasmasystem. Diese Geschwindigkeit steigert die Produktivität, wobei Lasermaschinen bei dünnen bis mittleren Stahlblechen (<25 mm/1") die dreifache Schnittgeschwindigkeit erreichen. In Kombination mit Hochgeschwindigkeitsautomatisierung, intelligentem Nesting und Funktionen für Fasen sinken die Zykluszeiten drastisch.
• Geringere Kosten pro Produkt
  Lasermaschinen erfordern zwar eine höhere Anfangsinvestition, bieten aber einen schnellen ROI. Die Laserschneidgeschwindigkeit steigert die Leistung und ermöglicht Skaleneffekte. Hochleistungs-Faserlaser verbrauchen weniger und kostengünstigere Verschleißteile und erfordern weniger Wartung. Durch den höheren automatisierten Grad und den geringeren Nacharbeitsaufwand sinken die Gesamtproduktionskosten erheblich. Das Ergebnis: niedrigere Kosten pro Produkt.
• Erhöhte Automatisierung des Arbeitsablaufs
  Hochleistungs-Faserlaser fördern die Automatisierung durch minimalen Bedienereingriff und ermöglichen eine kontinuierliche, sogar rund um die Uhr unbemannte Produktion. Funktionen wie vollautomatischer Düsenwechsel, Verschleißprüfung und Ausrichtung sowie Puffern der Bleche und Echtzeitüberwachung sorgen für einen reibungslosen Prozessablauf mit minimalen Unterbrechungen.

Dies macht Laserleistung zu einer klugen Wahl für kleinere Betriebe, die mehr Automatisierung und Effizienz in der Stahlbearbeitung anstreben. Auch größere Unternehmen profitieren davon. Dank höherer Leistung und optimierterer Arbeitsabläufe erzielen sie deutlich niedrigere Kosten pro Teil.

Fragen Sie sich, wie die Wartung von Hochleistungsfaserlasern abläuft? Sauberkeit ist entscheidend, um die maximale Leistung eines Hochleistungs-Faserlasers zu erzielen. Glücklicherweise ist die Wartung einfach: Konzentrieren Sie sich auf den Schneidkopf und die Düse. Halten Sie das Deckglas sauber und tauschen Sie es regelmäßig aus, um eine gleichbleibende Schnittqualität zu gewährleisten.

Welche Faserlaser-Leistungsquellen gibt es? Und wie trifft man die richtige Wahl?

Laserquellen sind mit Leistungen von 1 kW bis 60 kW und mehr erhältlich. Hochleistungs-Faserlaser haben typischerweise eine Leistung von 6 kW bis 40 kW+. Die Wahl der Faserlaser-Leistungsquelle hängt davon ab, welche Materialien Sie schneiden möchten und wie dick diese sind. Sie hängt auch von der Effizienz ab, die Sie erreichen möchten, sowie von Ihrem Budget.

Führt mehr Laserleistung automatisch zu mehr Leistung?

Ja, mehr Laserleistung führt zu mehr Leistung. Dies gilt insbesondere für Stahlbaufirmen, die Stahl mit einer Dicke von 1–25 mm (0,04–1") bearbeiten. Basierend auf einer Datenanalyse des Produktmixes von Stahlbaufirmen hinsichtlich der erreichbaren Schnittgeschwindigkeit lässt sich feststellen, dass ein Hochleistungs-Faserlaser mit einer 40-kW-Quelle im Vergleich zu einer 20-kW-Quelle bis zu doppelt so viel Leistung erbringen kann.

Die maximale Schnittgeschwindigkeit wird durch den Gasdurchfluss, die Materialabsorption und die Wärmeableitung bestimmt. Entscheidend ist, wie schnell das von Ihnen gewählte Hilfsgas die Schnittfuge reinigen kann und wie gut das Material Energie absorbiert. Die 40-kW-Quelle hält die gesamte Schnittfuge bis zu 30 mm (1-3/16") flüssig und sorgt so für glatte, oxidfreie Schnittkanten mit minimalem Aufwand bei der Bearbeitung. Zudem erzeugt die dickere Transportfaser eine etwas breitere Schnittfuge, wodurch die Teileabfuhr schneller verläuft.

Im Allgemeinen sorgt mehr Leistung dafür, dass Ihre Schnittgeschwindigkeit und -qualität auf Höchstniveau bleiben, was die Leistung und die Effizienz des Arbeitsablaufs steigert. Je nach Ihrer Tätigkeit können jedoch auch 20 kW ausreichen. Fragen Sie sich: Brauche ich wirklich mehr Leistung? Gibt es genug Arbeit, um eine Maschine mit höherer Leistung auszulasten? Und verfügen wir über die personellen Ressourcen für die Bearbeitung des zusätzlichen Volumens?

Eine leistungsstärkere Anlage bietet zwar mehr Geschwindigkeit, ist aber auch mit höheren Anschaffungs- und Kosten für Tätigkeiten verbunden – stellen Sie also sicher, dass der Nutzen Ihrer Arbeitslast entspricht.

Welche Gase gibt es für das Faserlaserschneiden? Und wie trifft man die richtige Wahl?

Es gibt drei Arten von Schneidgasen, die für Hochleistungs-Faserlaser geeignet sind:

1. Sauerstoff
   Sauerstoff wird bei niedrigem Druck (ca. 0,5 bar) verwendet. Es reagiert mit dem erhitzten Metall und hilft dabei, geschmolzenes Material herauszublasen, was für schnelles Schneiden und eine einfache Schlackeentfernung sorgt. Es eignet sich für alle Materialstärken, ist jedoch besonders effektiv bei dickeren Sorten von Baustahl und liefert eine gute Schnittqualität. Sauerstoff ist nicht für Edelstahl oder Aluminium geeignet. Es wird aus Flaschen, einer Gasbatterie oder einem Tank zugeführt. Das Schneiden mit Sauerstoff ist in der Regel kostengünstiger als das Schneiden mit Stickstoff.
2. Stickstoff
   Stickstoff wird unter hohem Druck (8 bar oder mehr) verwendet und verbraucht mehr Gas als Sauerstoff. Es erzeugt saubere Schnitte ohne Verfärbung oder Oxidation, wodurch der Aufwand für die Nachbearbeitung reduziert wird. Es entsteht nur wenig Schlacke, die jedoch schwerer zu entfernen ist. Stickstoff eignet sich am besten für begrenzte Materialstärken und schneidet dünnere Bleche (<12 mm [1/2”]) sogar schneller als Sauerstoff. Es eignet sich für Baustahl (<20 mm [3/4”]), Aluminium und Edelstahl (<30 mm [1-3/16”]) und wird in der Regel als Großgas gelagert.
3. Mischgas
   Mischgas enthält 4–8 % Sauerstoff, was die Oxidation im Vergleich zu reinem Sauerstoff verringert und die Kosten für die Bearbeitung senkt. Es verbraucht zudem weniger Gas und bietet höhere Schnittgeschwindigkeiten als reiner Stickstoff. Mischgas eignet sich für Baustahl bis zu 30 mm (1-3/16”), jedoch nicht für Aluminium oder Edelstahl. Da die Gase gemischt werden, sind die Gesamtgaskosten niedriger.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass jedes Schneidgas seine eigenen Stärken und Einschränkungen hat. Die beste Wahl hängt von Ihren Anforderungen ab. Für schnelles, qualitativ hochwertiges Schneiden von dickeren Materialien wählen Sie Sauerstoff. Für saubere Schnitte mit minimaler Bearbeitung bei dünnerem Material wählen Sie Stickstoff. Wenn Sie ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Geschwindigkeit, Qualität und geringerem Gasverbrauch wünschen, ist Mischgas die ideale Option.

Kurz gesagt: Warum sollte man sich in der Branche der Stahlbearbeitung für Hochleistungs-Faserlaser entscheiden?

Letztendlich bieten Hochleistungs-Faserlaser unübertroffene Geschwindigkeit, Präzision und Effizienz. Die Laserleistung senkt die Kosten pro Teil und steigert die Leistung. Sie hilft Stahlverarbeitern, schneller und effizienter zu arbeiten. Das macht sie zur ersten Wahl, um auf dem heutigen Markt wettbewerbsfähig zu bleiben.