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Inhaltsverzeichnis

1  Einleitung  3

1.1  Definition  3

1.2  Laserprinzip  4

1.3  Geschichtlicher Hintergrund  6

1.4  Anwendungen  8

1.4.1  Führung der Laserstrahlen  8

1.4.2  Hauptsächlich verwendete Laser  S.11

1.4.3  Dauerstrich- und Pulsende-Laserstrahlen  S.11

2  Laser-Schneiden  S.12

2.1  Laser-Schmelzschneiden  S.15

2.2  Laser-Sublimationsschneiden  S.16

2.3  Laser-Brennschneiden  S.16

2.4  Zusammenfassung Schneiden  S.17

2.5  Beispiel Schneiden  S.18

3  Laserschneidanlagen  S.18

3.1  Manuell oder Automatisierung  S.19

3.2  Beispiel Rohrschneidanlagen  S.21

3.3  Beispiel Roboter  S.22

3.4  Bearbeitungsstation  S.23

4  Schneidfehler  S.24

5  Vor- und Nachteile  S.25

5.1  Vorteile des Laserschneidens  S.25

5.2  Nachteile des Laserschneidens  S.26

6  Fazit  S.27

Quellenverzeichnis  S  28

1 Einleitung

1.1 Definition

Das Wort Laser ist ein Kunstwort, welches sich aus den Anfangsbuchstaben der englischen Begriffsbestimmung „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiaton“ zusammensetzt, in der deutschen Sprache bedeutet dies „Lichtverstärkung durch Anregung von Strahlen“. Obwohl die Wellenlängen der Laserstrahlen außerhalb des für den Menschen sichtbaren Bereichs liegen werden sie als Laserlicht bezeichnet. Das Licht eines Lasers unterscheidet sich im Wesentlichen von dem einer Glühlampe durch seine „korrekte Anordnung“ ¹ . Das Licht einer Glühlampe wirft Strahlen unterschiedlicher Wellenlängen unkoordiniert in alle Raumrichtungen aus. Das Licht eines Lasers ist verstärkt, verläuft parallel und gleich, das heißt die Strahlen haben eine einheitliche Wellenlänge, sodass Hoch- und Tiefpunkte der Wellen dieselben x-/y-Werte haben. Die Laserstrahlen werden aufgrund dessen als monochromatische Strahlen, bzw. Licht bezeichnet. Laserlicht hat im Gegensatz zu einer Glühbirne eine, der konstanten Wellenlänge entsprechende Farbe, es wird als kohärentes Licht bezeichnet, da dessen Wellen auch in Phasenlänge und Schwingungsebene übereinstimmen (Abb.1.1.1). 2

¹ o. V. 1 (2007), Bibliothek_Festkoerperlaser_2007-07.pdf, S. 10.

² Vgl. dazu Fritz Kurt Kneubühl, M. W. (2005), Laser; auch . o. V. 1 (2007), Biblio-

thek_Laserbearbeitung_CO2-Laser_2007-02.pdf, S. 15.

1.2 Laserprinzip

Licht wird bei der stimulierten Emission ausgestrahlt, wenn ein Photon ⁴ auf ein angeregtes Molekül oder Atom trifft und somit das Elektron stimuliert, in ein niedrigeres Energieniveau überzugehen. Wenn der Übergang stattgefunden hat sendet das Elektron ein neues Photon aus, so wird der Prozess weitergeführt. Jedoch funktioniert dieser Ablauf nur, wenn das Photon den Betrag der Energiedifferenz zwischen dem angeregtem Niveau und dem niedrigeren Niveau besitzt, auf das der Wechsel vollzogen werden soll (Abb. 1.2.1). 5

³ Vgl. o. V. 2 (2008).

⁴ Kleinstes Energieteilchen einer Elektromagnetischen Strahlung.

⁵ Vgl. Prof. Dr.-Ing. Andreas Gebhardt (o. J.), Lasertechnologie, S. 17.

Die Wellenlänge beider Photonen, dass heißt des ersten und zweiten Photons, besitzen die gleiche Phasenlänge und die gleiche Frequenz. Die Photonen bewegen sich nun in die gleiche Richtung (Abb. 1.2.2). 6

Abb. 1.2.2: Lawinenartige Verstärkung der Laserstrahlung durch stimulierte Emission 7

Laser werden auch als Lichtverstärker bezeichnet, denn dort wo zu Beginn ein Photon war, sind nun zwei. Diese treffen wiederum auf angeregte Atome, die ebenso gleichartige Photonen ausstoßen. So nehmen die Strahlen in ihrer Anzahl und dadurch die Strahlungsstärke des Lichtstrahls zu.

Die Ausstrahlung eines Lichtquants kann entweder statistisch, das heißt ohne äußere Einwirkung, oder durch eine von außen eingeführte Energie erfolgen. Beim Laserlicht wird durch eine äußere Energiequelle (Pumplicht, wie zum Beispiel Dioden oder Blitzlampen) das Lasermaterial (Medium) zur Emission von kohärenten und monochromatischen Lichtstrahlen angeregt (Abb. 1.2.3). 8

⁶ Vgl. o. V. 1 (2007), Bibliothek_Festkoerperlaser_2007-07.pdf, S. 12.

⁷ Vgl. o. V. 2 (2008).

⁸ Vgl. dazu Fritz Kurt Kneubühl, M. W. (2005), Laser; auch Dr.-Ing. Andreas Gebhardt (o. J.), Laser-

technologie, S. 18; auch o. V. 1 (2007), Bibliothek_Laserbearbeitung_CO2-Laser_2007-02.pdf, S. 12.

Der Lichtstrahl wird mit Linsen fokussiert (Abb. 1.2.4). Seine ganze Leistung bündelt sich dann auf einem Punkt, dessen Durchmesser meist weniger als einen halben Millimeter beträgt. Wo der fokussierte Strahl auf das Werkstück trifft, beginnt das Metall sofort zu schmelzen. Teilweise verbrennt oder verdampft es sogar. Nach kurzer Zeit durchdringt der Laserstrahl das Material vollständig. 10

1.3 Geschichtlicher Hintergrund

Die Lasertechnologie ist eine relativ junge Methode um Material zu bearbeiten. Der Anfang für diese Technologie wurde 1960 gelegt, als der erste Laser entwickelt

⁹ Vgl. o. V. 2 (2008).

¹⁰ Vgl. dazu o. V. 1 (2007), Bibliothek_Festkoerperlaser_2007-07.pdf, S. 45; auch o. V. 1 (2007), Bi-

bliothek_Laserbearbeitung_CO2-Laser_2007-02.pdf, S. 50; auch o. V. 1 (o. J.), Faszinati-

on_Blech_Kapitel4.pdf, S. 10.

wurde. Daraufhin wurden weitere Forschungen betrieben, sodass ca. 1978 der erste Laser zur Materialtrennung industriell eingesetzt werden konnte. Eine andere Anwendung der Lasertechnik ist das Laserschweißen, das ca. 1985 auf den Markt kam. ¹¹ Dennoch ist die Entwicklung heute noch nicht abgeschlossen, da immer mehr neue Meilensteine gesetzt werden, wie zum Beispiel Hochleistungs-Festkörperlaser, Laserdioden, usw.

¹¹ Vgl. Horst Weber (1998), Laser: Eine revolutionäre Erfindung und ihre Anwendung.

¹² Vgl. Prof. Dr.-Ing. Andreas Gebhardt (o. J.), Lasertechnologie, S. 4.

1.4 Anwendungen

Die Lasertechnik findet heute viele Einsatzgebiete, in denen sie mit unterschiedlicher Gewichtung vertreten ist. Laser werden in der Fertigungstechnik für die verschiedensten Einsätze verwendet und sind dort kaum wegzudenken. Laser werden in der Fertigung hauptsächlich zum Schneiden, Schweißen, Ritzen, Gravieren, Markieren, Per-forieren, Härten, Bohren, Beschichten, Abtragen und zum Strukturieren eingesetzt. Neue Entwicklungen zeigen, dass die Laseranlagen in Zukunft kompakter konstruiert und in Form von auswechselbaren Werkzeugen in Bearbeitungszentren eingesetzt werden. 13

Heute werden mit Hilfe von Lasern Profile, runde und eckige Rohre, sowie flache Werkstücke mit unterschiedlichen Querschnitten und aus den unterschiedlichsten Materialien bearbeitet. Beispiele für die am häufigsten bearbeiteten Werkstoffe:

 Baustähle

 Werkzeugstähle  Rostfreie Stähle (wie Cr-Ni-Stähle)  Aluminium  Aluminiumlegierungen 14

1.4.1 Führung der Laserstrahlen

Zwischen der Strahlenquelle und dem Schneidkopf können Distanzen zwischen wenigen Zentimeter und bis hin zu 100 Meter liegen (Abb. 1.4.1.1).

¹³ Vgl. Prof. Dr.-Ing. Andreas Gebhardt (o. J.), Lasertechnologie, S. 3.

¹⁴ Vgl. Prof. Dr.-Ing. Andreas Gebhardt (2003), Werkstoff- und Verfahrenskunde für die spanlosen

Fertigungsverfahren, Pulvermetallorgie, Oberflächentechnik, Abtragen, S. 123.