Das Laserschneiden gibt es seit den 1960er-Jahren, es ist jedoch aufgrund des zunehmenden Einsatzes in industriellen Prozessen von Bedeutung. Dieser berührungslose Prozess erzeugt mit einem konstanten Lichtstrahl Wärme und Druck und formt / verzerrt das Material dann genau, wenn es sich über die Oberfläche des Materials bewegt. Die Lasertechnologie hat viele Funktionen, einschließlich Schneiden, Bohren und Gravieren, abhängig von der Stärke des Lasers, den Hauptbestandteilen des Laserstrahls und den Materialien, auf die er einwirkt. Das Laserschneiden ist eines der wichtigsten Verfahren zur Herstellung von Blechteilen.

Jeder Laser liefert kontinuierliche Wellenlängen für eine Vielzahl von Anwendungen. Es gibt drei Arten von Lasern: CO2 (Gaslaser), Faserlaser und Nd: YAG oder Nd: YVO (Vanadatkristalllaser). Jedes verwendet ein anderes Basismaterial, das mit einem Gasgemisch elektrisch erregt oder durch eine physikalische Diode geleitet wird.

CO2-Laser

Der CO2-Laser erzeugt Elektrizität, indem er einen Lichtstrahl durch ein mit einem Gasgemisch gefülltes Rohr erzeugt. Diese Röhren haben an beiden Enden Spiegel. Einer der Spiegel ist vollständig reflektierend und der andere ist partiell und lässt etwas Licht durch. Das Gasgemisch ist typischerweise Kohlendioxid, Stickstoff, Wasserstoff und Helium. CO2-Laser erzeugen unsichtbares Licht im fernen Infrarotbereich des Spektrums.

Bei Industriemaschinen können die leistungsstärksten CO2-Laser mehrere Kilowatt erreichen, dies sind jedoch Ausnahmen. Ein typischer verarbeiteter CO2-Laser hat eine Leistung von 25 bis 100 Watt und eine Wellenlänge von 10,6 Mikrometern.

Dieser Lasertyp wird am häufigsten für Holz oder Papier (und seine Derivate), Polymethylmethacrylat und andere Acrylkunststoffe verwendet. Es eignet sich auch für Leder, Stoffe, Tapeten und ähnliche Produkte. Es wird auch zur Verarbeitung von Lebensmitteln wie Käse, Kastanien und verschiedenen Pflanzen verwendet.

CO2-Laser eignen sich in der Regel am besten für nichtmetallische Werkstoffe, obwohl sie bestimmte Metalle verarbeiten können. Es kann normalerweise Aluminiumbleche und andere Buntmetallbleche schneiden. Man kann die Leistung des CO2-Strahls durch Erhöhen des Sauerstoffgehalts erhöhen, dies kann jedoch für unerfahrene Hände oder Maschinen, die für eine solche Verstärkung nicht geeignet sind, gefährlich sein.

Faserlaser

Dieser Maschinentyp ist Teil eines Festkörperlasersets und verwendet einen Seed-Laser. Sie verwenden speziell entwickelte Glasfasern, um die Strahlen zu verstärken, die Energie von den Pumpdioden erhalten. Ihre typische Wellenlänge beträgt 1,064 Mikrometer, was zu einem sehr kleinen Fokusdurchmesser führt. Sie sind auch oft die teuersten der verschiedenen Laserschneidgeräte.

Faserlaser sind in der Regel wartungsfrei und haben eine Lebensdauer von mindestens 25.000 Laserstunden. Daher haben Faserlaser eine längere Lebensdauer als die beiden anderen Typen und können einen starken und stabilen Strahl erzeugen. Sie können 100-mal mehr Intensität bewältigen als CO2-Laser mit der gleichen Durchschnittsleistung. Faserlaser können kontinuierliche Strahlen sein, quasi gepulst oder gepulst, um ihnen unterschiedliche Funktionen zu geben. Ein Subtyp des Faserlasersystems ist MOPA, dessen Pulsdauer einstellbar ist. Dies macht den MOPA-Laser zu einem der flexibelsten Laser für eine Vielzahl von Anwendungen.

Faserlaser eignen sich am besten zum Markieren von Metallen durch Tempern, Metallgravieren und Markieren von Thermoplasten. Es eignet sich für Metalle, Legierungen und Nichtmetalle, auch für Glas, Holz und Kunststoff. Faserlaser können je nach Leistung sehr vielseitig sein und eine Vielzahl unterschiedlicher Materialien verarbeiten. Faserlaser sind die ideale Lösung, wenn dünne Materialien verwendet werden. Bei Materialien über 20 mm ist die Situation jedoch weniger gravierend, obwohl teurere Faserlaser mit mehr als 6 kW verwendet werden können, um dieses Problem zu lösen.

Nd: YAG / Nd: YVO-Laser

Das Kristalllaserschneidverfahren kann nd: YAG (Yttrium-dotiertes Yttrium-Aluminium-Granat) sein, aber häufiger werden nd: YVO (Yttrium-dotiertes Yttrium-Orthovanadat, YVO4) -Kristalle verwendet. Diese Geräte haben extrem hohe Schneidfähigkeiten. Ein Nachteil dieser Maschinen sind teuer, nicht nur wegen ihres ursprünglichen Preises, sondern auch wegen ihrer erwarteten Lebensdauer von 8.000 bis 15.000 Stunden (Nd: YVO4 der Regel eine geringere Lebensdauer hat) und die Pumpdioden können sehr hohen Preis gereinigt werden.

Mit einer Wellenlänge von 1,064 Mikrometern eignen sich diese Laser für eine Vielzahl von Anwendungen in den Bereichen Medizin, Zahnmedizin, Militär und Fertigung. Beim Vergleich von zwei Nd: YVOs zeigt es eine höhere Absorption und Verstärkung der Pumpe, eine größere Bandbreite, einen größeren Wellenlängenbereich der Pumpe, eine kürzere Lebensdauer, einen höheren Brechungsindex und eine geringere Wärmeleitfähigkeit. Im Dauerbetrieb hat Nd: YVO eine ähnliche Leistung wie Nd: YAG im Allgemeinen bei mittlerer oder hoher Leistung. Nd: YVO lässt jedoch nicht zu, dass die Pulsenergie so hoch ist wie Nd: YAG, und die Lebensdauer des Lasers hält für einen kurzen Zeitraum an.

Diese können mit Metallen (beschichtet und unbeschichtet) und nichtmetallischen (einschließlich Kunststoff) verwendet werden. In einigen Fällen kann es sogar Keramik verarbeiten. Nd: YVO4-Kristall kombiniert hohen NLO-Koeffizient Kristalle (LBO, BBO oder KTP), kann die Ausgabe aus der nahen IR-Frequenz grün, blau oder auch UV-Strahlen bewegt werden, wodurch eine Reihe von unterschiedlichen Funktionen bereitzustellen.

Aufgrund ihrer ähnlichen Größe können Ruthenium, Osmium oder Ionen durch laseraktive Seltenerdionen ersetzt werden, ohne die zur Erzeugung des Strahls erforderliche Gitterstruktur stark zu beeinflussen. Dadurch bleibt die hohe Wärmeleitfähigkeit des dotierten Materials erhalten.