Laserschneiden und Laserschweißen

Das Laserschneiden und Laserschweißen hat sich in zahlreichen Branchen als effektives, schnelles und kostengünstiges Verfahren zur Materialbearbeitung etabliert. Im Automobil-, Flugzeug- oder Schiffsbau kommt die Verfahrenstechnik ebenso zum Einsatz wie in der Halbleiterindustrie oder in der Medizin. Beim Laserschweißen wird das Licht mittels einer Fokussieroptik auf einen Brennfleck (Ø 0,2 – 0,3 mm) gebündelt und das zu schweißende Material dank der hohen Energiedichte sehr schnell geschmolzen. Ist der Schmelzpunkt des Materials erreicht, verdampft es und es bildet sich ein Dampfkanal. Dieser wird als Keyhole (Schlüsselloch) bezeichnet. Um den Dampfkanal bildet sich bei diesem Verfahren eine Schmelzzone. Bewegen sich Laserstrahl und Werkstück aufeinander zu, läuft das geschmolzene Material direkt hinter dem Laser in den Dampfkanal und es bildet sich eine saubere Schweißnaht. Da dieser gesamte Prozess innerhalb von Sekundenbruchteilen vollzogen ist, kann beim Laserschweißen eine sehr hohe Geschwindigkeit realisiert werden.

Tiefschweißen und 3D Laserschweißen mit hoher Laserintensität

Beim Tiefschweißen kann die hoher Energie des Lasers fast vollständig in das bearbeitende Material eingebracht werden. Die Intensität des Laserstrahls liegt über der Grenze von 10 6W/cm² und seine Energie sorgt in der Summe dafür, dass ein Gemisch aus verdampftem Werkstoff und Schutzgas ionisiert. Daraus bildet sich laserinduzierte Plasma. Beim Wärmeleitungsschweißen bewegt sich Intensität des Laserstrahls unterhalb von ca.10 6 W/cm². Bei diesem Verfahren bildet sich Metallplasma und es tritt kein Tiefschweißeffekt auf. Das 3D Laserschweißen und Schneiden eignet sich die Bearbeitung von 3D-Bauteile, Profile oder Rohre. Dabei entstehen exakte Schnitte oder saubere Schweißnähte in hoher Qualität selbst an schwer zugänglichen Stellen. Die materialschonende Bearbeitung reduziert die Folgearbeitsgänge und erhöht den Automatisierungsgrad. Ein wichtiges Argument für das Laserschweißen ist die hohe Schweißgeschwindigkeit, die Arbeiten auf einem hohen Niveau garantieren kann.

Welche Betriebs- oder Schutzgase werden beim Laserschweißen verwendet?

Je nach Anwendung können beim Laserschweißen verschiedene Lasergase zum Einsatz gebracht werden. Aufgrund der besseren Reproduzierbarkeit finden immer mehr fertig gemischte Resonator Gase in der Industrie ihre Anwendung. Zu den bekanntesten Zählen CO2 4.5, N2 5.0 (Stickstoff Laser Gas), das Laser Gas Helium 4.6 sowie das Laser Gas Argon 4.6.

MESSER-LÖSUNG

Messer bietet Schutzgase für den 3D-Druck. Die Auswahl des Gases hängt maßgeblich vom zu druckenden Werkstoff ab.

Weitere Werkstoffe auf Anfrage.

Vorteile:

• geeignet für Kleinserien und Prototypenbau
• komplexe Bauteile können kostengünstig in Kleinserie gebaut werden.
• schnelle Fertigung von komplexen Bauteilen

PROZESSBESCHREIBUNG

Die heutigen Verfahren zur additiven Fertigung von Metallen lassen sich nach Werkstoffzufuhr und Energiequelle einteilen.

Pulverbett:

Die heute bekanntesten Verfahren arbeiten mit einem Pulverbett. Hier werden Lage für Lage Pulverschichten erzeugt und das Bauteil schichtweise erschmolzen. Als Energiequelle kann dabei nur ein Laser- oder Elektronenstrahl verwendet werden. Demzufolge wird vom Laserstrahlschmelzen (LBM= Laser Beam Melting) bzw. Elektronenstrahlschmelzen (EBM= Electron Beam Melting) gesprochen.

Pulverspritzen:

Für das Spritzen von Pulvern wird ein Trägergas benötigt, so dass ein Elektronenstrahl als Energiequelle nicht eingesetzt werden kann. Pulverspritzen mit Laserstrahl wird bereits unter dem Namen Laser-Metallauftragen (LMD = Laser Metal Deposition) für die additive Fertigung verwendet.

Der Einsatz eines Lichtbogens in Form eines Plasmastrahls ist als Plasma-Pulver-Auftragschweißen schon seit vielen Jahren im Bereich des Beschichtens bekannt. Auch in der additiven Fertigung gibt es Bestrebungen, dieses Verfahren einzusetzen.

Drahtzufuhr:

Additive Fertigungsverfahren mit einer Drahtzufuhr können grundsätzlich mit allen dargestellten Energiequellen betrieben werden. Bislang sind diese Verfahren noch selten im industriellen Einsatz zu finden.