Der CO2-Laser hat Konkurrenz bekommen - den Faserlaser
Der Faserlaser ist eine noch relativ junge Technologie. 2009 hat der Deutsche Brennschneidtag® hierzu Herrn Dr. Andreas Wetzig vom Fraunhofer IWS Dresden eingeladen, der die Vorzüge und Eigenschaften dieses Verfahrens vorstellte. Mittlerweile hat diese Schneidtechnologie einen wahren Boom erlebt. Das Laserschneiden bietet unter den Schneidverfahren Plasmaschneiden und Brennschneiden die beste Schnittqualität im Hinblick auf Genauigkeit und thermischen Einfluss. Es hat sich, wie von uns erwartet, daher schnell in Industrie und Handwerk seinen festen Platz erobert. 2009 besaß noch kein Kongressteilnehmer ein solches Schneidverfahren in seiner Produktion. Noch im gleichen Jahr erhielten die ersten Maschinenhersteller Aufträge zum Bau derartiger Lasersysteme. Die Wachstumsraten in diesem Genre waren so hoch, dass bereits nach 5 Jahren Laserhersteller einen 50% Bestelleingang nach Faserlasersystemen vorweisen konnten und so den CO2-Lasern den Rang ablaufen.
Auch wenn der thermische Einfluss geringer ist, so ist doch die Randaufhärtung beim Laser höher. Wer hätte das vermutet!
Auch die Rauigkeit ist erheblich größer beim Faserlaser - wobei hier neuste Technologien Ergebnisse an den Tag bringen (Stand 2018), die von vor wenigen Monaten als unmöglich angesehen wurden. Bestimmte Gasdrücke und Strahlfokussierungen erlauben dem Faserlaser Rauigkeitsgüten im Dickblechbereich bis 20/25 mm zu erreichen, die bisher nur Plasma vorbehalten waren - wenngleich ein solcher Schnitt nur mit einer überaus großen Gasmenge zu erreichen ist und daher im wirtschaftlichen Großeinsatz zunächst einmal für die kommenden Monate noch keine große Rolle spielen wird. Doch es zeigt mal wieder umso mehr, wie hoch das Entwicklungspotential, dass dieses Licht mit sich bringt, ist. Wir dürfen sehr gespannt sein!
CO2 versus Faserlaser
Der mittlerweile rund 30 Jahre bewährte CO2-Laser ist nach wie vor state-of-the-art in der Schneidbranche und vorerst (Stand 2016) nicht wegzudenken. Über das Schneiden hinaus existieren weit aus mehr Laseranwendungen im Bereich des Schweissens und der Oberflächenbearbeitung.
Eigenschaften des CO2-Lasers:
- Der bewährte CO2-Laser kann aufgrund seiner Wellenlänge nicht über Glasfaser eingekoppelt werden, sondern der Strahl muss über Spiegel zum Schneidgut geleitet werden.
- Genau diese Spiegel sind aber auch eine seiner Schwachstellen.
- Spiegel verdrecken, sie nutzen ab, sie benötigen eine CO2-Schutzgasatmosphäre, sie unterliegen Schwingungen, sind anfällig.
- Spiegel begrenzen damit auch den Bau großer Schneidanwendungen.
- Die Erzeugung des Strahls mit CO2-angeregten Resonatoren erfordert eine aufwendige Kühlung und erreicht nur einen Wirkungsgrad um die 10%.
- Schnitte bis 25mm Dicke in Stahl sind mit 6kW-Anlagen möglich.
- Anlagen mit höherer Leistung existieren zwar, sind aber aufgrund des bescheidenen Wirkungsgrades, der aufzubringenden Energie und den hohen Investitionskosten noch selten in der Praxis anzutreffen.
Eigenschaften Faser-Laser:
- Da schien es wie ein heller Schweif am Laserhimmel, als der von der Physik seit 20 Jahren bekannte Festkörperlaser sich durch Miniaturisierung und Effizienz zum bezahlbaren Preis präsentierte.
- Der Festkörperlaser generiert den Laserstrahl mit Hilfe von Halbleitern, den Festkörper-Pumpen-Dioden. Je nach Hersteller werden dabei andere Strategien eingesetzt, so spricht man bei Trumpf vom Scheibenlaser, bei iPG vom Ytterbium Faserlaser usw. Allen gemein sind die hervorragenden Wirkungsgrade und die besonderen Eigenschaften, die den Festkörperlaser auch im Schneidbereich sehr interessant werden lassen.
Wesentliche Merkmale:
- Wirkungsgrad >> 30%, also rund 3 mal so gut wie beim CO2 Laser.
- Energieeffizienz bis zu 85% besser gegenüber dem CO2 Laser.
- Benötigt erheblich weniger Gas. Der CO2 Laser benötigt für die Übertragung des Strahls CO2-Gas - dies entfällt gänzlich beim Faserlaser.
- Der Kühlaufwand ist wesentlich geringer.
- Kompakte Bauform, Faserlaser sind im Vergleich zu CO2-Lasern sehr klein herzustellen
- Erheblich weniger Wartungsaufwand und wesentlich geringere Betriebskosten, da keine Spiegel, kein CO2-Gas erforderlich sind. Dies kann pro Jahr mehr als 20.000,- € an Einsparung ausmachen. Beim CO2-Laser müssen turnusmässig die Resonatoren kalibriert oder ausgetauscht werden, ebenso die Hochgeschwindigkeitsturbinen.
- Durch seine Robustheit eignet sich der Faserlaser sogar für den Einsatz in Ergänzung mit dem Plasmaschneidverfahren auf einer Schneidanlage, weitere Kombinationen sind denkbar!
- Aufgrund der Wellenlänge lässt sich der Strahl per Glasfaser verlustarm über weite Strecken leiten, dadurch Einsatz in Brennmaschinen für große Portale möglich.
- Das Glasfaserkabel kann sogar durch Energieketten geführt werden.
- Aufgrund der Wellenlänge absorbiert das Metall die Laserenergie besser, der Strahl kann besser eingekoppelt werden, dadurch höhere Schnittgeschwindigkeiten möglich.
- Auch ist dadurch das Schneiden von Kupfer und Messing möglich. Beispiel: beim Schneiden von Stahl bis 6mm Dicke, verfügt der Faserlaser mit 1,5kW die Schnittgeschwindigkeit eines 3kW CO2-Lasers.
- Höhere Ertragsleistung des Faserlasers aufgrund der guten Einkopplung des Lichts
