Die optische Technologie gehört zu den Zukunftstechnologien der nächsten Jahrzehnte. Die Entwicklung auf diesem Gebiet schreitet rasend voran und wird ganz entscheidend durch den Laser sowie seine Anwendungen geprägt. Nachdem der erste Rubin-Laser im Jahre 1960 von dem Erfinder T. Maimann vorgestellt wurde, wurde die Entwicklung des Lasers in den nächsten Jahren durch viele weitere Innovationen vorangetrieben und ist in der heutigen Zeit kaum noch wegzudenken. Die Lasertechnik hat sich in vielen Anwendungsgebieten etabliert. Weitere Anwendungsgebiete kommen laufend hinzu. So wird die Lasertechnik Beispielsweise in der Medizintechnik für die Augenheilkunde sowie in der Fertigungsindustrie zum Schneiden, Schweißen und Härten von Werkstoffen verwendet. Die Branchen, in denen die Lasertechnologie angewendet wird, sind aufgrund der vielseitigen Anwendbarkeit des Laserstrahls breit gefächert. Die Grundlage für alle Anwendungen sind die Eigenschaften der Laserstrahlungen, die sich mit herkömmlichen Energiequellen nicht erreichen lassen. Deshalb ist für Ingenieure und Forscher das Verständnis für die Funktionen eines Lasers und dessen Eigenschaften enorm wichtig, um die Möglichkeiten und Grenzen beim Einsatz eines Lasergeräts ausreizen zu können.
Aufgrund der immer wichtiger werdenden Lasertechnologie wird diese Hausarbeit verstärkt auf die Funktionen und Anwendungen des Laserschneidverfahrens in der Materialbearbeitung eingehen. Zur Einleitung werden sie die Themenfelder Definition des Lasers, Erzeugung und Eigenschaften eines Laserstrahls, den Geschichtlichen Hintergrund sowie den schematischen Aufbau einer Materialbearbeitungslaseranlage, um das physikalische Verständnis für die Lasertechnologie vermittelt bekommen.
Im Anschluss wird auf das wesentliche dieser Hausarbeit, das Laserschneiden eingegangen. Die Kapitel umfassen das Prinzip des Laserschneidens, den Aufbau eines Laserschneidkopfs und die Beschreibung der unterschiedlichen Möglichkeiten des Laserschneidverfahrens.
Für die Materialbearbeitung mit einem Laserschneidverfahren werden Laserschneidanlagen benötigt. Für jedes Anwendungsgebiet gibt es verschiedene Arten von Anlagen, die in den darauffolgenden Kapiteln erläutert werden. Zudem wird in dieser Hausarbeit aufgezeigt, welche Fehler beim Schneiden entstehen können, falls die Laserschneidanlagen nicht korrekt angewendet werden. Zu Letzt werden Ihnen alternative Trennverfahren zum Laserschneidverfahren sowie deren Vor- und Nachteile vorgestellt.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
1.1 Definition
1.2. Laserlicht
1.2.1. Erzeugung von Laserstrahlen
1.2.2. Eigenschaften des Laserlichts
1.3 Geschichtlicher Hintergrund
1.4 Anwendungen
1.4.1 Anwendungsgebiete
1.4.2 Lasermaterialbearbeitung
1.4.3 Laserstrahlführungen
1.4.4 Unterschied zwischen CO2- und Nd:YAG-Laser
2. Laserschneiden
2.1 Prinzip des Laserschneidens
2.2 Aufbau Laserschneidkopf
2.3 Laserschneidverfahren
2.3.1 Laser-Brennschneiden
2.3.2 Laser-Schmelzschneiden
2.3.3 Laser-Sublimierschneiden
2.4 Zusammenfassung
3. Laserschneidanlagen
3.1 1D-Lasermaschinen
3.2 2D-Lasermaschinen
3.3 3D-Lasermaschinen
3.4 Rohrschneidanlagen
3.5 Roboter
4. Schneidfehler
4.1Gratbildung
4.2 Rautiefe
4.3 Kolkungen
5. Alternative Trennverfahren
5.1 Wasserstrahlschneiden
5.1.1 Vor- und Nachteile
5.2 Plasmaschneiden
5.2.1 Vor- und Nachteile
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit analysiert die technischen Funktionen und Anwendungsbereiche des Laserschneidens in der modernen Fertigungsindustrie und stellt diese in den Kontext alternativer thermischer Trennverfahren.
- Physikalische Grundlagen der Lasertechnik und Laserstrahlerzeugung.
- Aufbau und Funktionsweise verschiedener Laserschneidverfahren (Brenn-, Schmelz- und Sublimierschneiden).
- Technologische Anforderungen an Laserschneidanlagen und deren Komponenten.
- Analyse typischer Schneidfehler sowie deren Ursachen und Bewertung.
- Vergleich der Leistungsfähigkeit von Laserschneiden, Wasserstrahl- und Plasmaschneiden.
Auszug aus dem Buch
1.2.1. Erzeugung von Laserstrahlen
Bei der Erzeugung einer Laserstrahlung werden Atome eines Stoffes durch Energiezufuhr angeregt, sodass die Außenelektronen ein höheres Energieniveau erreichen. Nach etwa zehn Milliardstel Sekunden kehren die Atome unter Energieabgabe in ihren Grundzustand zurück. Die Energieabgabe erzeugt Licht. Den Vorgang der spontanen Emission, wie der beschriebene Prozess genannt wird, kann man auch in Glühlampen beobachten. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass es bei Atomen mit mehreren Elektronen angeregte Zustände gibt, die über einen längeren Zeitraum bestehen können.
Werden Atome auf ein Energieniveau E2 angeregt so fallen die Elektronen ohne die Abgabe von Strahlungen auf ein Energieniveau E1 zurück. Anschließend wird mit einem äußeren Strahlungsfeld Licht erzeugt, welches auf die angeregten Atome die sich im E1 Niveau befinden, ausgerichtet wird. Nachdem das von außen erzeugte Licht auf die angeregten Atome trifft, gehen die Atome im Anschluss in ihren Grundzustand zurück. Hierbei wird eine induzierte Emission erzeugt. Die induzierte Emission ist die Grundvoraussetzung für das Funktionsprinzip des Lasers.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Vermittelt physikalische Grundlagen wie die Definition, Erzeugung und Eigenschaften von Laserlicht sowie den geschichtlichen Hintergrund.
2. Laserschneiden: Erläutert das Prinzip, den Aufbau des Schneidkopfes und die drei Hauptverfahren (Brenn-, Schmelz- und Sublimierschneiden) detailliert.
3. Laserschneidanlagen: Beschreibt die verschiedenen Anlagentypen von 1D- bis 3D-Maschinen sowie den Einsatz von Robotern in der Materialbearbeitung.
4. Schneidfehler: Analysiert mögliche Fehlerquellen wie Gratbildung, Rautiefe und Kolkungen, die beim Schneidprozess auftreten können.
5. Alternative Trennverfahren: Vergleicht das Laserschneiden mit anderen Verfahren wie Wasserstrahl- und Plasmaschneiden hinsichtlich ihrer Vor- und Nachteile.
Schlüsselwörter
Lasertechnik, Laserschneiden, Materialbearbeitung, Laserstrahl, CO2-Laser, Nd:YAG-Laser, Schneidgas, Fertigungsverfahren, Plasmaschneiden, Wasserstrahlschneiden, Schneidfehler, Gratbildung, Industrie, Werkstückbearbeitung, Fertigungsindustrie
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Facharbeit behandelt die technische Funktionsweise und die industrielle Anwendung von verschiedenen Laserschneidverfahren zur Materialbearbeitung.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Themen umfassen die physikalischen Grundlagen des Lasers, den Aufbau von Schneidsystemen, die Differenzierung der Schneidverfahren sowie einen Vergleich mit anderen Trennmethoden.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Ziel ist es, ein tiefes Verständnis für die Lasertechnologie im industriellen Kontext zu vermitteln und die Vor- und Nachteile der Verfahren gegenüber alternativen Methoden aufzuzeigen.
Welche wissenschaftliche Methode wurde verwendet?
Die Arbeit basiert auf einer Literaturrecherche und der Auswertung technischer Daten aus Vorlesungen und Fachquellen der Lasertechnik.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die Erläuterung der Schneidprozesse, der Anlagentechnik, der Fehleranalyse sowie der Gegenüberstellung mit Wasserstrahl- und Plasmaschneiden.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wesentliche Begriffe sind Lasertechnik, Materialbearbeitung, industrielle Fertigung, Laser-Brennschneiden, Schmelzschneiden und alternative Trennverfahren.
Was unterscheidet den CO2-Laser vom Nd:YAG-Laser?
Der CO2-Laser ist ein Gaslaser für dickere Bleche mit einer Führung über Spiegel, während der Nd:YAG-Laser ein Festkörperlaser für feinere Arbeiten ist, dessen Strahlen durch Glasfaserkabel geleitet werden können.
Warum entstehen Schneidfehler wie Kolkungen?
Kolkungen können durch mindere Blechqualität, wie eingeschlossene Sulfide, oder ungenaue Prozessparameter verursacht werden, die zu einem unkontrollierten Abbrennen führen.
Welchen Vorteil bietet das 3D-Laserschneiden?
Das 3D-Laserschneiden ermöglicht die Bearbeitung komplexer dreidimensionaler Formen ohne die Notwendigkeit teurer, spezifischer Beschneidewerkzeuge.
- Arbeit zitieren
- Jan Blaszkowski (Autor:in), Dennis Johnsen (Autor:in), 2016, Funktion und Anwendung von Laserschneidverfahren, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/426710
