Laserleistung und Materialart

Das Beobachten des Faserlaser-Schneidprozesses ist ein erstaunliches Erlebnis, da die Schneidmaschinen oft mit so hohen Geschwindigkeiten arbeiten, dass sie eher Druckern als Metallschneidmaschinen ähneln. Dies wurde möglich, weil moderne technologische Lösungen in den Vorschubsystemen es den Schneidmaschinen ermöglichen, sich mit Geschwindigkeiten von oft über 250 m/min zu bewegen.

Die Vorschubgeschwindigkeit selbst übersetzt sich jedoch nicht direkt in die Effizienz des Geräts. Letztere hängt von anderen Faktoren ab - zum Beispiel von der Laserleistung. Wenn diese zu niedrig ist, wird die Schneidgeschwindigkeit einfach gering sein. Andererseits wird eine niedrige Maschinendynamik die schnelle Projektdurchführung auch bei hoher Laserleistung verhindern, und der manuelle Blechwechsel bedeutet, dass eine leistungsstarke und schnelle Schneidmaschinen untätig auf die nächsten Schneidprozesse warten wird.

Laserleistung

Die höchste Leistung der derzeit verfügbaren Faserlaser erreicht 15 kW, während es vor wenigen Jahren noch 6 kW waren. Die Leistungsstufen sind sehr hoch und scheinen Grenzwerte zu erreichen. Aus rein technologischer Sicht existiert eine solche Grenze jedoch nicht - die Leistung moderner Faserlaser-Schweißsysteme kann 100 kW überschreiten [1]. Es geht also nicht nur um die Leistung. Das Problem liegt derzeit im Las Strahlführungssystem. Faseroptische Schneidköpfe mit Leistungen von 1 bis 6 kW kommen mit der Energiedichte von Ultra-Hochleistungslasern nicht gut zurecht, und viele Hersteller haben große Probleme mit der Haltbarkeit der Köpfe bei Leistungen über 6 kW.

Andererseits können Geräte mit Leistungen von 8, 10, 12 oder 15 kW, die die für den Einsatz in Produktionsanlagen notwendige Zuverlässigkeit und Betriebszeit garantieren, nur von den Faserlaserherstellern angeboten werden, die beträchtliche Summen in Entwicklung und Forschung investiert, faseroptische Strahlführungssysteme optimiert und auch die Abwesenheit von optischer Kontamination sichergestellt haben. Ihre Maschinen sind aus naheliegenden Gründen jedoch deutlich teurer als Schneidmaschinen mit niedrigeren Leistungen.

Aus diesem Grund bieten die meisten auf dem Markt verfügbaren Systeme Leistungen im Bereich von 1 bis 6 kW.

Laserleistung und Materialtyp

Bei der Auswahl eines Faserlasers sollte seine Leistung auf die spezifische Anwendung abgestimmt werden, d.h. es sollte bestimmt werden, welche Art von Arbeit er ausführen wird und welcher Materialtyp verarbeitet werden soll. Laserschneidmaschinen können zum Schneiden, Stanzen und Gravieren einer breiten Palette von Materialien verwendet werden, wie z.B.: Metalle, Aluminium, Glas, Holz, Kunststoff, Acryl und viele andere.

Ein weiterer zu berücksichtigender Parameter ist - abgesehen von der Größe des Metallblechs oder Teils, das einfach in die Schneidmaschine passen muss - die Dicke und der Typ des zu schneidenden Materials. Hier gilt die allgemeine Regel, dass je dicker und dichter das Material ist, desto größer die benötigte Laserleistung zum Durchschneiden ist.

Die Materialdicke ist tatsächlich die einzige Einschränkung für die Lasertechnologie - Faserlaser sind unübertroffen, wenn es um das Schneiden dünner Materialien geht. Leider sollte man für Materialien mit einer Dicke über 25 mm eine andere Technologie in Betracht ziehen oder eine Maschine mit einer Leistung von mehr als 6 kW kaufen.

Als grobe Richtlinie kann angenommen werden, dass eine Laserschneidmaschine mit einer Leistung von:

Ermöglicht das Schneiden von Materialien mit einer Dicke von:

Natürlich können diese Daten je nach spezifischer Lösung abweichen, daher ist es am besten, vor dem Kauf den Hersteller der ausgewählten Laserschneidmaschine zu kontaktieren.

Denken wir auch daran, dass die Laserleistung nicht nur die Dicke des zu schneidenden Materials und die Geschwindigkeit des Schneidprozesses beeinflusst. Hochleistungs-Laserschneidmaschinen bieten auch eine bessere Qualität und Wiederholbarkeit des Schneidprozesses und ermöglichen es, kleine Abweichungen in der Materialstruktur zu ignorieren.

Schließlich ist die Wahl eines Faserlasers mit spezifischer Leistung mit einem weiteren grundlegenden, wenn nicht sogar wichtigsten Aspekt des Unternehmens verbunden, nämlich der Rentabilität der Produktion.

Produktionskosten

Wenn wir uns für einen Hochleistungslaser entscheiden, erhalten wir nicht nur eine höhere Effizienz, sondern auch einen deutlichen Anstieg der Produktionskosten, die mit dem hohen Preis des Geräts selbst und den höheren Betriebskosten verbunden sind – eine Verdoppelung der Leistung erhöht die Betriebskosten des Lasers um 20 bis 30 Prozent.

Diese Kosten sind jedoch möglicherweise nicht so signifikant, wenn die zusätzliche Leistung eine deutliche Reduzierung des Schneidprozesses und eine erhöhte Effizienz ermöglicht, da sie immer noch einen Bruchteil der Fixkosten darstellen, zu denen unter anderem gehören: Gehälter der Bediener, Programmierkosten, Infrastrukturkosten, Steuern, Geräteabschreibung (Leasingraten), Versand, allgemeine und administrative Kosten und natürlich Rohmaterialkosten.

In den meisten Produktionsbetrieben übersteigen diese Ausgaben bei weitem die Kosten für den Laserbetrieb, denn obwohl die Kosten für den Kauf einer Laserschneidmaschine hoch sind, ändert sich die Situation radikal, wenn die Maschine zu arbeiten beginnt. Die Kosten für das Laserschneiden sind relativ niedrig.

Bei der Auswahl einer Laserschneidmaschine sollte man sich für ein Gerät entscheiden, das nicht nur den aktuellen, sondern auch den zukünftigen Produktionsanforderungen gerecht wird. Und da sich die Laserschneidtechnologie in den letzten Jahren sehr schnell entwickelt hat, ist es notwendig, nicht nur das Marktangebot zu recherchieren und die neuesten Lösungen kennenzulernen, sondern auch Zweifel mit Fachleuten zu besprechen. Ein solcher Ansatz ermöglicht die Wahl des besten Geräts, vermeidet unnötige Kosten und, was noch wichtiger ist, erhöht den Wettbewerbsvorteil des Unternehmens.

Unter Berücksichtigung der Laserleistung und der Maschinendynamik ist es wichtig zu bedenken, dass eine höhere Leistung ein schnelleres Schneiden ermöglicht, insbesondere bei dickeren Materialien, und eine größere Maschinendynamik eine höhere Arbeitseffizienz, insbesondere bei dünneren Materialien. In Bezug auf das Laden und Entladen von Material kann die Produktion während dieser Vorgänge nicht durchgeführt werden. Je schneller sie also sind, desto besser.

Daher sollte man sich bei der Auswahl eines Faserschneiders auf die drei wichtigsten Faktoren konzentrieren, die die Effizienz eines Faserlasers beeinflussen – Laserleistung, Maschinendynamik und die Geschwindigkeit der Materiallade-/Entladevorgänge. Und die Laserleistung sollte entsprechend den Anwendungen und verarbeiteten Materialien angepasst werden.

[1] https://www.osapublishing.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-43-19-4667