Wie funktioniert das Laserschneiden? Was zeichnet den Laserschneider aus?

Soweit also zunächst einmal zur Theorie. Damit wir Laserschneiden können brauchen wir natürlich ein geeignetes Maschinenführungssystem für den Laserstrahl. Als Basis ist wenigstens ein zwei Achsen-Koordinatensystem mit einer Laseroptischen Z-Achse erforderlich. Der Faserlaser wird über eine Glasfaser durch Energieketten zur Z-Achse geleitet und dort fokussiert. Dabei gibt es eine Reihe von weiteren physikalischen Parametern zu beachten, deren Einstellungen die CNC-Steuerung, Sensoren und Aktuatoren übernehmen.

Das CNC-gesteuerte Führungssystem bewegt nun den Laserstrahl über das Schneidmaterial in der dafür geeigneten Geschwindigkeit und Beschleunigung. Da der Laserstrahl heutiger Systeme auch 20 kW (Stand 2021) besitzt sind extrem hohe dynamische Leistungen erforderlich. Je nach Blechdicke schneiden heutige Laserschneidanlagen mit Geschwindigkeiten von mehr als 20 m/min im dünneren Belchdickenbereich. Die Positioniergeschwindigkeiten liegen bei manchen Anlagen um die 200 m/min. Die für eine exakte Konturenfahrt erforderliche Beschleunigung liegt oftmals bei mehr als 5 m/s², so dass enorme Kräfte erforderlich sind damit das Maschinenbett steif und schwingungsarm bleibt, denn Schwingungen beim Zuschnitt sind in jedem Fall zu vermeiden, das dies zu unbrauchbaren Schnittergebnissen führen würde. Daher sind viele Maschinen aus Spezialmaterialien schwingwarm aufgebaut, mit Beton oder anderen Stoffen ausgegossen oder besitzen ein Maschinenbett aus Granit. Auch an das Fundament werden hohe Anforderungen gestellt, damit die erforderlichen Beschleunigungskräfte schwingungsarm erreicht werden können. Damit diese hohen Maschinen- und Steuerungsanforderungen erfüllt werden können, ist ein erheblicher Aufwand bei der Regelungs- und Antriebstechnik sowie der Maschinenkonstruktion erforderlich, der sich natürlich auch im Investitionspreis niederschlägt.    

Die Wellenlänge des Lasers wird vom laserfähigen Medium bestimmt. Anhand der Wellenlänge kann man Rückschlüsse auf das Lasermedium schließen. Bei Wellenlänge um 10 µm liegt die Vermutung nahe, dass es sich um einen CO₂ Laser handelt. Bei einer Wellenlänge um 1 µm könnte es sich um einen Faserlaser handeln. Liegt die Wellenlänge ein wenig darunter könnte es ein Diodenlaser sein u. s. w.

Doch die Wellenlänge verrät dem Praktiker noch viel mehr für das Laserschneiden. Sie ist quasi der Steckbrief des Arbeitsmittels Laserschneider, der das Einsatzgebiet umschreibt.
Beispielsweise kann mit einer Wellenlänge um 1 µm das Licht besser in Metalle beim Laserschneiden einkoppeln, es besitzt ein wesentliche höheres Absorptionsverhalten als Licht mit größerer Wellenlänge. Diese Eigenschaften der kürzeren Wellenlänge wird sich auch positiv bei spiegelnden Oberflächen aus und erlaubt damit ein effektiveres Schneiden von glänzenden bzw. stark reflektierenden Metallen.

Hingegen ist die Schnittgeschwindigkeit bei einer Wellenlänge um 10 µm aufgrund geringeren Absorptionsverhaltens geringer und der Schnittspalt ist höher. Bei reflektierenden Metallen gibt es starke Einschränkungen hinsichtlich der zu schneidenden Materialdicke.

Tatsächlich verhält es sich auch so in der Praxis, wie angenommen.

Manche Wellenlänge sind für bestimmte Schweißanwendungen besser geeignet.

Die Wellenlänge des Lasers besitzt damit ein individuelles physikalisches Verhalten im Bezug auf die zu bearbeitenden Werkstoffe, wie wir in den nächsten Kapiteln bei der Blechbearbeitung tiefer betrachtet werden.

Die Fragestellung nach dem Preis soll hier möglichst breit und umfassend besprochen werden. Denn den einen Preis, den gibt es nicht. Je nach Ausstattung, Größe und Umfang variieren die Preise um ein Vielfaches.

Für Do-It-Yourself Akteure, die sich einen Lasercutter selber bauen möchten und einen xy-Koordinatentisch mit CNC-Steuerung, Schrittmotoren und DXF-Schnittstelle bereits besitzen, stellt sich die Frage nach dem Preis einer geeigneten Strahlquelle. Bis vor wenigen Jahren galt noch die Faustformel pro 1 kW Laserleistung müsse man rund 50.000,- Euro zahlen. Doch dies ist Geschichte. Heute können Faserlaserstrahlquellen mit 1 kW Leistung bereits für deutlich unter 50.000,- Euro am Markt erstanden werden und zum Teil auch unter 25.000,- Euro, wenn die Ware direkt aus China bezogen wird. Doch Achtung: Laser unterliegen einer Reihe von sicherheitstechnischen Anforderungen und Gesetzten, die importierte Billigware nicht unbedingt erfüllt. Daher müssen Sie selbst für sich entscheiden, ob Sie das Risiko einer Produkthaftung und mangelhaften CE eingehen wollen. Das Risiko ist sehr hoch.

Für Unternehmen, die weniger gerne experimentieren, sondern lieber direkt in die Produktion einsteigen möchten, wird es sich eher empfehlen, gleich zu einer Fertiganlage zu wechseln. Dabei besteht der Lasercutter aus der Strahlquelle, der Strahlführung, dem Laserschneidkopf, dem xy-Koordinatentisch samt CNC und CAD/CAM-Steuerung sowie - nicht vergessen - einer ordentlichen Staubfilterung und einer CE-konformen Einhausung der gesamten Maschine. In diesem Fall sehen die Kosten gleich ganz anders aus und liegen, je nach Leistung und Tischgröße von 500.000 Euro bis 1.000.000 Euro und auch darüber hinaus. Mittlerweile kommen auch Laserschneider für unter 300.000,- auf den Markt, wobei man auch hier genau unterscheiden sollte, welche Anforderungen und Leistungen damit verbunden sind.

Unternehmen, die im großen Stiel in das Lasergeschäft einsteigen, setzen auch auf eine wirtschaftliche Intralogistik und bauen um den Laserschneider gleich die Beschickung mit ein, mit Hochregallager, automatischer Zufuhr und Entnahme der Platten und Teile bis zur Einsortierung auf die Paletten. Selbstverständlich vollautomatisiert und auftragsbezogen, so wie es eine vernünftige Digitalisierung und Automatisierung erlaubt.

Dass dabei die Preise schnell über die 1 Mio.Marke ansteigen, dürfte jedem klar sein. In Abhängigkeit der Größe des Lagerturms und der Anzahl der Lagerplätze, Kassetten, ob mit oder ohne Roboter und Handlingsystem die automatische Beschickung erfolgt, ob noch weitere Fertigungsprozesse gleich mit an den Datenfluss des Lasercutters integriert werden, ob mannlose Förderfahrzeuge die Intralogistik übernehmen etc., bestimmen diese Komponenten weitestgehend den Preis. Der Lasercutter selber spielt dabei mit seinen Anschaffungskosten eine vergleichsweise geringere Rolle. Entsprechenden Durchsatz an Laserteilen vorausgesetzt, kann man die Wirtschaftlichkeit und die Produktionskapazität des automatisierten Systems nicht mit einem einfachen Lasercutter vergleichen.

Die Bandbreite der Marktpreise ist sehr groß und nicht pauschal angebbar. Entscheidend ist der Einsatzfall, die Aufgabenstellung, der Automatisierungsgrad der Fertigung, die Digitalisierungsstufe, der Durchsatz, die Größe und die Leistung. Zu empfehlen ist immer das Einholen von aktuellen Marktpreisen, bei denen Sie den Herstellern der Laserschneider möglichst die gleiche Aufgabenstellung zukommen lassen, sonst ist ein Vergleich kaum möglich.

Praxistipp: Zu den Kosten für den Laserschneider kommen noch sekundäre Kosten hinzu, die Sie nicht aus den Augen verlieren sollten. Je nach Typ und Hersteller sind bestimmte Aufstellungsanweisungen erfolgt, benötigt der Laser ein beheiztes, im Sommer gekühltes Umfeld, Anforderungen an das Fundament, die Beschickung der Anlage, die Lagervorhaltung des Materials, die Energieversorgung. Auch diese Punkte können schnell einige Zehntausend Euro betragen und dürfen in Ihrer Kalkulation nicht vergessen werden. Wickeln Sie den Kauf einer umfangreichen Schneidanlage immer mit einem Lastenheft ab, es vermindert die Kommunikationsprobleme, die zwischen Lieferant und Kunde entstehen können.