Wie wählt man Laserschneidmaschinen für die Metallbearbeitung in kleinen Stückzahlen aus?

Faser vs. CO2 Maschinen zum Laserschneiden : Technologie passend zum Metall und zur Stückzahl

Warum Faserlaser im Bereich des Metallschneidens in kleinen Stückzahlen dominieren: Effizienz, Umgang mit Reflexion und geringer Platzbedarf

Faser laserschneider zeigen wirklich ihre Stärken bei der Arbeit mit kleinen Mengen von Metallteilen. Diese Maschinen verfügen über eine robuste Bauweise, wodurch sie deutlich effizienter sind als herkömmliche gasbetriebene CO2-Systeme und oft etwa 35 % oder mehr bei den Stromkosten einsparen. Ein großer Vorteil ist, dass sie reflektierende Materialien wie Kupfer und Aluminium problemlos bearbeiten können, ohne durch störende Rückreflexionen Schäden zu verursachen. Daher entfällt die Notwendigkeit, zusätzlich Geld für spezielle Anti-Reflexions-Beschichtungen der Linsen auszugeben. Außerdem benötigen diese Laser auf der Produktionsfläche deutlich weniger Platz, wodurch sich der Platzbedarf manchmal um fast die Hälfte verringert – ein entscheidender Faktor in beengten Werkstattumgebungen. Bei dünneren Stahlblechen mit einer Dicke unter 6 mm schneiden Fasermodule das Material typischerweise etwa 30 % schneller als ältere CO2-Modelle, wodurch Prototypen schneller fertiggestellt und Serienproduktionen früher abgeschlossen werden können.

Wann CO2-Laser weiterhin relevant sind: Hybridmaterialien und Ausnahmen bei Dickblech

Es gibt immer noch Situationen, in denen CO2-Laser trotz neuerer Alternativen sinnvoll sind. Ein Beispiel ist der Umgang mit Materialien, die nicht nur metallisch sind, sondern auch andere Bestandteile enthalten. Nehmen Sie beispielsweise metallische Dichtungen mit Gummibeschichtung. Der CO2-Laser wird von diesen nichtmetallischen Anteilen besser absorbiert als dies bei Fasernlasern der Fall ist. Ein weiteres Szenario betrifft die Bearbeitung sehr dicker Baustahlplatten über 15 mm. Hier macht die längere Wellenlänge des CO2-Lasers von etwa 10,6 Mikrometern einen deutlichen Unterschied. Die Schnitte fallen gerader aus und weisen erheblich weniger Neigung an den Kanten auf – ein entscheidender Faktor bei Bauteilen, die ordnungsgemäß Belastungen tragen müssen. Thermische Aspekte sind ein weiterer Punkt. Bei langen Bearbeitungsvorgängen an dicken Platten bleiben CO2-Systeme stundenlang stabil, ohne wie manche Fasernlaser vom Kurs abzuweichen, wenn sie sich erwärmen.

Entlarvung des 'nur-Faser'-Mythos: Flexibilität in Umgebungen für das Prototyping gemischter Materialien

Was am besten funktioniert, hängt tatsächlich davon ab, welche Materialien im täglichen Einsatz verwendet werden, und nicht davon, einem bestimmten technologischen Trend zu folgen. Betriebe, die ständig zwischen verschiedenen Materialien wechseln – wie jene, die beispielsweise Prototypen für Flugzeuge mit Aluminiumteilen, Titanbauteilen und Verbundwerkstoffen herstellen – stellen oft fest, dass es sinnvoll ist, beide Lasersysteme in Betrieb zu halten. Faseraser eignen sich hervorragend, wenn schnelle Bearbeitungen an Metallteilen erforderlich sind. Doch sobald eine Acrylschablone oder ein isolierendes Polymerbauteil benötigt wird, erspart das vor Ort verfügbare CO2-System viel Aufwand, anstatt auf externe Lieferanten warten zu müssen. Laut einigen Berichten der FMA, die diese Entwicklungen verfolgt, reduziert die Kombination beider Technologien die Wartezeiten bei komplexen Bauteilen um etwa 22 %. Solche Geschwindigkeitsvorteile summieren sich im Laufe der Zeit in stark ausgelasteten Fertigungsumgebungen erheblich.

Laserleistung entsprechend Materialdicke und Losgröße dimensionieren

Abstimmung der 1–6-kW-Leistung auf gängige Metalle: Stahl, Edelstahl, Aluminium, Kupfer und Messing

Die richtige Laserleistung zu finden, beginnt damit, den Materialtyp und dessen Dicke zu betrachten. Für nicht reflektierenden Kohlenstoffstahl unter 4 mm Dicke eignen sich in der Regel Laser mit 1 bis 2 kW gut. Bei rostfreiem Stahl bis 6 mm wird es schwieriger, und besonders bei spiegelnden Metallen wie Aluminium und Kupfer benötigt man etwa 3 bis 4 kW, da diese viel Licht reflektieren und Wärme anders leiten. Bei dickeren Materialien von 10 bis 20 mm hilft eine Leistung von 4–6 kW, um eine gute Schnittqualität aufrechtzuerhalten. Vorsicht ist jedoch bei Kupfer und Messing geboten, da diese etwa 20 bis 30 Prozent mehr Leistung benötigen als normaler Stahl bei ähnlicher Dicke, weil sie Energie weniger effektiv speichern. Die Balance zwischen Leistungseinstellungen und dem Reaktionsverhalten der Materialien ist entscheidend, um Probleme wie Schlacke-Reste, unerwünschte Oxidationsstellen oder unvollständig getrennte Schnitte zu vermeiden.

Die abnehmenden Erträge von hoher Leistung: Warum 3 kW bei dünnen Materialstärken und geringen Stückzahlen oft besser abschneidet als 6 kW

Bei der Bearbeitung von dickem Metall leisten jene leistungsstarken 6-kW-Laser gute Arbeit, verschwenden jedoch viel Energie, wenn sie mit dünneren Materialien von drei Millimetern oder weniger arbeiten. Der Wechsel auf ein 3-kW-Modell durchtrennt dünne Bleche tatsächlich genauso schnell, spart aber etwa 25 bis 30 Prozent an Stromkosten ein. Und es gibt einen weiteren Vorteil: Die geringere Leistung führt dazu, dass weniger Wärme in den umliegenden metallischen Bereich übertragen wird, wodurch kritische Bauteile nach dem Schneiden ihre strukturellen Eigenschaften beibehalten. Betriebe, die kleinere Stückzahlen unterhalb von fünfzig Teilen bearbeiten, werden im Laufe der Zeit spürbare Kosteneinsparungen feststellen, da beispielsweise weniger Zusatzgas verbraucht wird und Wartungsprüfungen weitaus seltener erforderlich sind. Außerdem bietet mittlere Ausstattung Flexibilität für Werkstätten, ermöglicht schnellere Startzeiten bei Durchdringungsoperationen und erleichtert den Wechsel zwischen verschiedenen Teiletypen, ohne große Produktivitätseinbußen hinnehmen zu müssen.

Erzielen von Präzision und Kantenqualität bei komplexen, niedrigvolumigen Geometrien

Kontrolle der Schnittbreite, des Tapers und der wärmebeeinflussten Zone (HAZ) für Prototypen mit engen Toleranzen

Die korrekte Umsetzung von Präzision bei Kleinserien-Prototypen hängt von der gleichzeitigen Kontrolle dreier Hauptfaktoren ab: der Schnittbreite (Kerf), dem Neigungswinkel des Tapers und der Größe der wärmebeeinflussten Zone um den Schnitt herum. Bei Bauteilen, die enge Toleranzen wie ±0,1 mm erfordern – was für Luftfahrtteile oder medizinische Geräte üblich ist – können moderne Faseroptik-Lasersysteme bereits Schnitte von nur 0,1 mm Breite in 3 mm dickem Edelstahl erzeugen. Der Taper bleibt dank einstellbarer Fokusparameter während des Schneidens unter 0,5 Grad. Außerdem macht der Wechsel vom Hilfsstoff Sauerstoff zu Stickstoff einen großen Unterschied: Er reduziert die wärmebeeinflusste Zone um etwa 70 %. Dies ist besonders wichtig bei Titanlegierungen, bei denen die Erhaltung der Ermüdungsfestigkeit nach dem Schneiden für die Langzeitleistung unbedingt notwendig ist.

Adaptive Software gleicht Kerf-Verschiebungen während komplexer Schnitte aus und ermöglicht scharfe Innenecken sowie Genauigkeit im Mikrometerbereich. Die Feinabstimmung der Impulsfrequenz verhindert Schlackebildung auf dünnen Metallen, während optimierte Durchstoßtechniken Mikrorisse in Kupferlegierungen vermeiden und dadurch den Laserschnitt in geringen Stückzahlen zu einer praktikablen Lösung für sicherheitsrelevante Prototypen macht.

Optimierung von Automatisierung und Software für intermittierende Kleinserienfertigung

Effizienzsteigerung der Workflows: Nesting-Software, CAD/CAM-Integration und Ein-Klick-Einrichtung für Chargen mit weniger als 10 Teilen

Bei gelegentlichen kleinen Serien von Metallteilen benötigen Laserschneidanlagen spezielle Software, um die Maschinen optimal auszunutzen und gleichzeitig die Kosten pro Stück zu senken. Die heute verfügbaren Nesting-Programme arbeiten sehr intelligent, wenn es darum geht, Bauteile auf Blechplatten anzordnen, wodurch der Verschnitt erheblich reduziert wird – selbst bei der Herstellung von nur wenigen Teilen gleichzeitig. Einige Betriebe berichten von Materialkosteneinsparungen von etwa 20 % auf diese Weise. Der Datentransfer von CAD in CAM-Systeme funktioniert heutzutage reibungslos, sodass keine komplizierten Formen manuell in die Maschine eingegeben werden müssen. Einfach die Datei importieren und loslegen. Und nun zu den Rüstzeiten: Mit nur einem Klick können Bediener frühere Einstellungen wiederherstellen, wodurch sonst übliche Stunden für die Anpassung von Parametern zwischen verschiedenen Aufträgen eingespart werden. Bei Serien von weniger als zehn Teilen macht dies einen enormen Unterschied. Diese Automatisierung trägt dazu bei, die Qualität über alle Chargen hinweg konstant hoch zu halten, beschleunigt die Fertigung und ermöglicht es kleineren Betrieben, preislich wettbewerbsfähig zu sein, ohne Kompromisse bei Genauigkeit oder Konsistenz von Teil zu Teil eingehen zu müssen.

FAQ-Bereich

Welche Vorteile bieten Faserlaser-Schneidanlagen gegenüber CO2-Systemen?

Faserlaser-Schneidanlagen sind effizienter, verarbeiten reflektierende Materialien besser, ohne Schäden zu verursachen, und benötigen weniger Platz im Vergleich zu CO2-Systemen. Außerdem schneiden sie dünne Stahlbleche schneller.

In welchen Szenarien werden CO2-Laseranlagen weiterhin bevorzugt?

CO2-Laser werden bei Materialien bevorzugt, die Nichtmetallbestandteile enthalten, wie zum Beispiel gummierte Metall-Dichtungen, sowie bei dickem Baustahl über 15 mm, da ihre längere Wellenlänge qualitativ bessere Schnitte ermöglicht.

Wie beeinflusst die Laserleistung den Schneidprozess?

Die Laserleistung muss auf Materialart und -stärke abgestimmt sein. Niedrigere Leistung eignet sich für dünnere Materialien und hilft dabei, Kosten sowie Wärmeübertragung zu reduzieren, während höhere Leistung für dickere Materialien erforderlich ist.

Warum ist die Kombination von Faser- und CO2-Lasersystemen vorteilhaft?

Die Kombination beider Systeme bietet Werkstätten, die mit unterschiedlichen Materialien arbeiten, eine größere Flexibilität, beschleunigt komplexe Fertigungen und ermöglicht das Prototyping einer Vielzahl von Komponenten, ohne dass externe Dienstleistungen in Anspruch genommen werden müssen.

Wie können Automatisierung und Software die Kleinserienfertigung optimieren?

Nestingsoftware, CAD/CAM-Integration und automatisierte Einrichtung sparen Zeit, reduzieren Materialabfall und optimieren Arbeitsabläufe, verbessern die Effizienz und ermöglichen es kleinen Werkstätten, wettbewerbsfähig zu bleiben.