Aktueller Stand der Laserschneidtechnologie Feb. 2019

Faserlaser schneidet Rohr
Faserlaser bei der Rohrbearbeitung

Exemplarisch beschreiben wir in diesem Bericht Highlights der Laserschneidbranche. Dieser redaktionelle Bericht unterliegt einer ständigen Anpassung und Aktualisierung an den Wandel der Technik (stay tuned). Viele der hier vorgestellten Neuheiten wurden auf Fachmessen wie der CUTTING WORLD® oder der EuroBlech® vorgestellt. Es ist unmöglich ein komplettes Abbild der gesamten weltweiten Laserschneidindustrie zu erstellen, daher präsentieren wir Ihnen hier nur einen Auszug des Machbaren als Querschnitt verschiedenster Technologien ohne Wertung.

 

Vier Optimierungen und Trends im Laserschneiden mit dem Faserlaser

Faserlaser mit 8 kW Laserleistung, schneidet bis zu 50 mm Edelstahl
Beispiel: Faserlaser mit 8 kW Laserleistung, schneidet bis zu 50 mm Edelstahl

Stand: Feb. 2019

Der Trend im Faserlaserschneiden geht, wie zu erwarten war, zu:

  • schneller,
  • dicker,
  • qualitativ hochwertiger und
  • höherer Wirtschaftlichkeit dank Automatisierung und KI (Künstliche Intelligenz).

 

1. Optimierung im Laserschneiden: "Schnellere Zuschnitte"

Vom Zeitpunkt der CUTTING WORLD 2018 bis Februar 2019 haben viele Hersteller in weniger als 12 Monaten die Laserleistung um min. 2 kW erhöht. Was damals noch mit 4 kW erhältlich war, kann jetzt mit 6 kW oder mehr bezogen werden. Die Leistung steigt und mit der Laserleistung auch die Schnittgeschwindigkeiten - im Schnitt kann diese bei einer Steigerung um 2kW Laserleistung um rund 6 % bis 15 % und mehr erhöht werden. Stattet man die Laserschneidanlage beispielsweise mit den weiter unten beschriebenen Automatisierungsoptionen aus, so sind die real erzielbaren Einsparungen noch weitaus höher. 

Gehen Sie davon aus, dass was gestern noch 8 kW besaß, heute mit 10 kW erhältlich ist. Doch auch das wird nicht die letzte Messlatte darstellen. Wir sind sicher, dass in wenigen Jahren die 20 kW-Laserleistung erreicht und überschritten werden wird.  

Naturgemäß besitzt der Faserlaser, der zur Gruppe der Festkörperläser zählt, gegenüber dem CO2-Laser einen rund dreifach besseren Wirkungsgrad und erreicht in der Regel Werte um 35%. Doch auch an diesem Parameter arbeiten die Hersteller und optimieren den Faserlaser weiter, wo hingegen dem CO2-Laser aufgrund seiner hohen Kühlungsenergie technische Schranken auferlegt waren.

 

2. Optimierung im Laserschneiden: "Dickere Zuschnitte"

Mit jedem Leistungssprung des Lasers wird auch die Grenze für die erzielbare maximale Schneidicke erhöht. Waren noch vor wenigen Jahren die Materialdicken um 15 bis 20 mm in Normalstahl das Maß der Dinge, so werden heute Werte von 25 bis 30 mm Dicke erzielt. Besonders interessant dürfte dabei sein, dass auch der Schneidbereich der Buntmetalle, also Aluminium, Kupfer, Messing, etc. weiter deutlich angestiegen ist. Stark reflektierende Stoffe, in denen der CO2 Laser kaum signifikante Kennzahlen erreichte, sind für den Faserlaser dank seiner Wellenlänge problemlos zu schneiden. Selbst 50 mm Edelstahl schneidet der Laser mit akzeptabler Geschwindigkeit. 

Die Ausweitung der maximalen Schneiddicke kann jedoch nicht nur mit mehr Leistung erzielt werden, sondern eben auch durch neuartige Schneidtechniken. Die Laserstrahlaufweitung sei es durch Optik oder durch andere Faserdurchmesser oder durch eine besondere Modulation des Laserstrahls erlauben die Erzielung höherer Schnittgeschwindigkeiten und das Trennen dickerer Metalle bei gleichbleibender Laserleistung.

Ein weiteres Problem im Dickblechschneiden mit dem Faserlaser liegt in seinem geringen Faserdurchmesser begründet. Der Laserstrahl mit einer Wellenlänge von ca. 1,07 µm erzeugt eine derart feine Schneidfuge, dass es kaum möglich ist, dass dicke Schneidgut aus seinem Nest zu bewegen. Erst mit Hilfe der Strahlaufweitungsmethoden konnte das Problem gelöst werden. Lesen Sie hierzu auch den Gastkommentar von Frau Cindy Goppold, iws Fraunhofer Institut Dresden, den sie am Deutschen Schneidkongress 2018 gehalten hat.   

 

50 mm Aluminium mit 8 kW Faserlaser geschnitten

50 mm Edelstahl mit einem 8 kW Faserlaser geschnitten 

 

3. Optimierung im Laserschneiden: "Qualitativ hochwertigere Zuschnitte"

Die geringere Wellenlänge des Faserlasers (ca. 1,07 µm gegenüber ca. 10,6 µm beim CO2-Laser) bietet den Vorteil des  besseren Absorptionsverhalten des Laserstrahls in Metall. Das Metall nimmt die Laserenergie besser auf und erreicht dadurch höhere Schnittgeschwindigkeiten und Schneiddicken. Doch wie jede Münze zwei Seiten besitzt, so hatte der Faserlaser naturgemäß die negative Eigenschaft ein wesentlich raueres Schnittbild zu erzeugen als beispielsweise der CO2-Laser oder der Primus in dieser Eigenschaft - dem Plasmaschneiden.

Durch die Strahlaufweitungsmethoden, siehe vorheriger Abschnitt,  oder durch andere Düsen und Gasgemische oder durch Echtzeit-Schnittüberwachungssensorik oder durch eine Kombination dieser Möglichkeiten wurde dieser Nachteil erheblich reduziert. Heutige Faserlaser erzeugen fantastische Schnittqualitäten mit einer geringen Rauheit nicht nur im Kohlenstoffstahl, sondern auch bei vergüteten Stählen. Zum Teil übernahmen die neusten Faserlaser bereits Schneidaufträge, die man bisher nur mit Erodieranlagen lösen konnte. 

15 mm Edelstahl mit 5 kW CO2-Laser geschnitten und hervorragenden Schnittflanken, geringe Rauheit

12 mm Edelstahl mit 6 kW CO2-Laser geschnitten und hervorragenden Schnittflanken, geringe Rauheit

 

4. Optimierung im Laserschneiden: "Höhere Wirtschaftlichkeit dank Automatisierung und KI (Künstliche Intelligenz)"

Kommen wir zum vielleicht spannendstem Thema - der Automatisierung. Dass der Laser sich aufgrund seiner hohen Prozesssicherheit hervorragend automatisieren lässt, dürfte sich bereits herum gesprochen haben. Doch wie weit dies gehen kann, stellen wir Ihnen in diesem Kurzüberblick vor. Natürlich sind diese hier beschriebenen Optionen eine ständig wachsende Zusammenfassung aller Möglichkeiten des Marktes. 

  • Lager-, Automations- und Handlingsysteme erlauben die automatisierte Beschickung und Entnahme sowohl von Blechen als auch von lasergeschnittenen Teilen sowie der Restbleche. Je nach Hersteller differenzieren sich die Systeme über die mögliche Größe der entnehmbaren Teile, der Lagerkapazitäten, der Blechdicken etc.
  • Optionale Ausbauten und Maschinenvariationen erlauben das Schneiden von Rohren, Rechteckprofilen oder Trägern, man ist nicht mehr auf Flachmaterial beschränkt. 
  • Künstliche Intelligenz und besondere Rechenalgorithmen verhindern oder reduzieren das Kippen von ausgeschnittenen Teilen oder die Crashfahrt über geschnittene Bleche mit hervorstehenden Zuschnitten. 
  • Je nach Hersteller können die Teile automatisiert und selbständig entnommen und sortiert auf Paletten oder in Kisten befördert werden.
  • Die Schneidköpfe der Laseranlagen reinigen, wechseln und vermessen ihre Düsen selber und sorgen so für betriebsbereite Zustände und wenig menschliches Eingreifen. 
  • Vielfältigste Fehler beim Schneiden, ob es am Laserstrahl oder Schneidgut liegt, z.B. die unerwünschte Plasmabildung beim Schneiden von Edelstahl, werden je nach Hersteller erkannt und selbständig behoben. Schnelle Einstiche in dicke Materialien reduzieren die Bearbeitungszeit ebenso wie das auto. Einrichten des Strahls.
  • CNC-Steuerungen besitzen eine Vielzahl an Schnittstellen, sie lesen fremden Code nicht nur im DXF-, Step-, IGES-Format etc. ein, sondern sie erstellen je nach Hersteller auch automatisch und schnell den passenden CNC-Code. Die Bedienung der hochkomplexen Systeme, die Mensch-Maschine-Schnittstelle, wird zunehmend arbeits- und bedienerfreundlicher.
  • Herstellerabhängig werden Teile mit Barcode oder QR-Code signiert und damit die weitere Teilebearbeitung bis hin zum Kanten oder Schweißen vorher bestimmt. Auch die Lageverwaltung jedes Bauteils und wo es sich gerade befindet ist damit zu jedem Zeitpunkt denkbar, nichts wird dem Zufall überlassen. 
  • Laserschneidsysteme eignen sich ebenso hervorragend zum Digitalisieren. Relevante Betriebswerte, Auslastungen und Prozesszustände können in Apps ausgewertet und angezeigt werden, natürlich schicht- und auftragsbezogen in Echtzeit.
  • Predictive Maintenance (vorausschauende Wartung) ist mit Faserlaserschneidanlagen kein Fremdwort mehr, sondern zur Normalität geworden. Big Data ist in dieser Schneiddisziplin nicht mehr weit entfernt. 

Die Wirtschaftlichkeit derartig hoch automatisierter Faserlaserschneidanlagen ist damit auch in einem Hochlohnland weltmarktfähig und ein Garant für hohe Wettbewerbsfähigkeit, wenn das Produkt- und Auftragsspektrum den Einsatz derartiger komplexer Arbeitsschneidzentren erlauben. Denn über der Begeisterung aller technischen Möglichkeiten hinaus, ist eines deutlich, kein Unternehmer investiert in ein automatisiertes Schneidsystem, wenn der ROI (Return-on-Investment) dies nicht rechtfertigt und sein Auftragsbestand eine derart automatisierte Anlage nicht auslastet. Doch in einem solchen Fall muss es ja kein vollautomatisiertes System sein, eine klassische Laserschneidanlage mit vielen kleinen elektronischen "Helfern" könnte wohl auch ihren Zweck völlig hinreichend erfüllen. Welche Automatisierungsoptionen in Ihrem Fall sinnvoll sind, sollte im Vorfeld mit Hilfe von Wirtschaftlichkeitsberechnungen gründlich ermittelt werden. 

Fazit: Noch niemals zuvor hatten Anwender so viele bedeutende technische Möglichkeiten ihre Kosten durch Automatisierung mit Hilfe von Faserlaserschneidanlagen erheblich zu senken.

 

 

Messeberichte: Vorstellung verschiedener Laserschneidanlagen

Exemplarisch haben wir uns in diesem ersten Bericht auf der CUTTING WORLD® Fachmesse, die im April 2018 in Essen ihre Premiere fand, die folgenden  Laserschneidmaschinenhersteller intensiver angeschaut und stellen Ihnen nun einen Querschnitt verschiedenster Technologien vor. Wir weisen daraufhin, dass dies nur ein Auszug aus der Vielzahl von weltweit agierenden Laserschneidanlagenherstellern ist, so dass wir diesen Bereich in Kürze weiter ergänzen und updaten werden (stay tuned).

Hinweis: Wenn wir Technologien oder Automatisierungen erklären, so sei darauf hingewiesen, dass diese Ausstattungen und Funktionen nicht für alle Maschinentypen und Varianten gelten, sondern punktuelle Highlights darstellen, die unter Umständen nicht in jeder Maschinentype oder Hersteller erhältlich sind oder nur optional. Welche Maschine genau was leistet und ob diese Ihre Anforderungen erfüllen kann, erfragen Sie direkt beim Hersteller. Alle Hersteller behalten sich technische Änderungen vor.

CUTTING WORLD 2018: Laserschneidmaschinen-Aussteller

Fazit

Der Markt bietet ein reichhaltiges Angebot an Lasertechnologien, die sich ideal an die Erfordernisse der Produktion anpassen lassen. Mit diesem ersten Einblick in die aktuelle Schneidtechnologie wird deutlich, dass auch die Automatisierung und damit der Industrie 4.0-Ansatz Einzug gehalten haben. Für viele Anwender ist die automatisierte, von Handlingsystemen und Robotern unterstützte Fertigung, kaum mehr weg zu denken. Damit der Faserlaser überhaupt einen solchen Siegeszug halten konnte, waren aufwendige Entwicklungen erforderlich. In unserem Laser-Grundlagenartikel haben wir die Pros und die Cons des Faserlasers gegenübergestellt. Doch mittlerweile sind eine Vielzahl der Cons durch neue Entwicklungen in der Strahltechnologie, Strahlaufweitung und Regelungstechnik aufgehoben worden. Wir glauben, im Laser steckt weiteres Potential und wir dürfen daher auf die nächsten Entwicklungen gespannt sein.      

 

Neuste Artikel im Schneidwissen:

  • 20.03.2019: Markteinschätzung: Wie groß ist der Markt für CNC-gesteuerte Schneidanlagen in Deutschland, Österreich und der Schweiz  (Kostenloser Artikel für verifizierte User. Login erforderlich.)

 

Neuste Themen im FORUM

Sie können kostenlos mitdiskutieren, eigene Fragen einstellen und geschützte Artikel im Schneidwissen lesen, wenn Sie registriert und verifiziert wurden. Sollten Sie Ihr Passwort vergessen haben, können Sie es hier zurücksetzen lassen.

Pressemeldung

News - Pressemeldungen - Anzeigen

Regler der Baureihe G
Hochmoderne Fertigungseinrichtung wurde im polnischen Opole …

Weiterlesen …

Laserschneidanlage TruLaser 3040
Hochleistung in der Herstellung. Für beste Zuschnitte.

Weiterlesen …

StableCut
Produktneuheit in der Autogentechnik! Die mechanische …

Weiterlesen …