Material bearbeitenIm Prinzip wandelt ein Laser eine
externe Energieform (eine elektrische Entladung oder die Strahlung
einer Blitzlampe oder einer Laserdiode) in Licht einer einzigen
Wellenlänge um.
Das kann auf unterschiedliche Art erreicht werden.
Das Lasermedium kann beispielsweise ein Gas oder ein Festkörper sein, wofür die Namen Gaslaser und Festkörperlaser stehen.
In einem Laserresonator ist das Lasermedium zwischen
zwei Spiegeln plaziert. Das durch externe Energiezufuhr erzeugte
Laserlicht strahlt zwischen den Spiegeln hin und her und erfährt bei
diesem Prozess eine Verstärkung, während ein Teil des Strahls durch
einen teilweise reflektierenden Spiegel abgegeben wird. Dieser Teil des
Strahls wird für die Laserstrahlverfahren verwendet.
In industriellen Anwendungen werden hauptsächlich zwei
Laserarten für die Materialbearbeitung verwendet: Der Nd:YAG-Laser und
der CO2-Laser.
Material bearbeiten - Langsam längsgeströmte CO2-Laser
Ungefähr
5 m/s beträgt die Strömungsgeschwindigkeit des Lasergases bei dieser
Bauart. Üblicherweise ist diese Bauart gleichstromangeregt. Die Kühlung
des Lasergases erfolgt über die Resonatorwandung. Pro Meter
Entladungslänge im Resonator lassen sich maximal 100 Watt Leistung
erzeugen. Um zu höheren Leistungen zu gelangen, bedarf es sehr langer
Resonatoren. Um eine kompakte Bauweise zu erhalten, sind die
Resonatoren daher meist gefaltet. Laser dieser Bauart werden bis 1,5 kW
Leistung angeboten. Bei höheren Leistungen steigt einmal die Anzahl der
optischen Elemente und somit der Justieraufwand, auch nimmt die
Temperaturempfindlichkeit deutlich zu. Wird gute Strahlqualität bei
weniger als 500 W Leistung benötigt, so bietet sich dieser Lasertyp an.
Material bearbeiten - Schnell längsgeströmte CO2-Laser
Bei
dieser Bauart beträgt die Strömungsgeschwindigkeit des Lasergases über
500 m/s. Diese Strömungsgeschwindigkeiten werden über Rootspumpen oder
Turbogebläse erzielt. Die Kühlung des Gases erfolgt über Wärmetauscher.
Pro Meter Entladungslänge lassen sich bis 500 W Laserleistung
erreichen. Somit lassen sich kompakte Laser mit hoher Ausgangsleistung
( bis > 36 kW) realisieren. Die Anregung erfolgt über Gleichstrom
oder Hochfrequenz. Die meisten der heute in der Materialbearbeitung
eingesetzten CO2-Laser arbeiten nach diesem Prinzip.
Material bearbeiten - Quergeströmte CO2 -Laser
Hier
strömt das Lasergas quer zur Resonatorachse. Die Kühlung erfolgt über
einen Wärmetauscher. Das Lasergas wird mit einem Gebläse umgewälzt.
Durch das große Resonatorvolumen lassen sich hohe Leistungen
realisieren. Diese liegen heute üblicherweise zwischen 6 und 45 kW. Die
Laser dieser Bauart sind üblicherweise gleichstromangeregt. Von der
Strahlqualität her sind sie weniger zum Schneiden, sondern mehr zum
Schweißen und zur Oberflächenbehandlung geeignet.
Material bearbeiten - Nd:YAG-Laser
Das
laseraktive Medium ist ein künstlich gezogener YAG-Einkristall, in den
das Neodym eingebettet ist. Die Energiezufuhr erfolgt optisch über
Blitzlampen.
Dies wird auch als "optisches Pumpen" bezeichnet. Die
Blitzlampe und das laseraktive Medium liegen jeweils in den
Brennpunkten verspiegelter elliptischer Zylinder. Dadurch soll die
Energie der Blitzlampen optimal ausgenutzt werden. Nd:YAG-Laser werden
überwiegend gepulst betrieben. Die mittlere Leistung liegt bei
gepulsten Systemen bei 1000 W. Nd:YAG-Laser im Dauerstrichbetrieb sind
bis zu 4200 W erhältlich. Wie beim CO2-Laser lässt sich die Strahlung
des Nd:YAG-Lasers über Spiegel und Linsen umlenken und formen. Wegen
der kürzeren Wellenlänge von 1,06 µm können zur Strahlführung auch
Lichtleitfasern herangezogen werden. Von besonderem Interesse ist hier
die Kombination mit einem Knickarmroboter.
Für den Betrieb ist beim Nd:YAG-Laser kein Gas nötig.
Für die Bearbeitung sind, je nach Aufgabe, Schneid- oder Schutzgase
erforderlich. Der Nd:YAG-Laser findet seine Hauptanwendungsgebiete beim
Schneiden, Schweißen und Bohren in der Feinwerktechnik und
Elektroindustrie, bzw. bei der Bearbeitung filigraner Bauteile.
KontaktRobert Bern, Ing. / Technischer Verkauf, Fachbereich Schweißtechnik
A-2492 Eggendorf, Carl von Linde-Gasse 1
Telefon +43.(0)664.80.4273-3434, Fax +43.(0)50.4273-703434
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