Wie funktioniert das Laserschneiden von Kunststoff?
Theoretisch funktioniert das Laserschneiden von Kunststoffen genauso wie das Laserschneiden von Metall. Bei Kunststoff werden im Allgemeinen weniger hohe Laserleistungen verwendet als bei Metall. Darüber hinaus ist die Technologie in einer Laserschneidmaschine nahezu dieselbe. Durch das Zielen eines Laserstrahls auf eine extrem kleine Oberfläche „brennt“ der Laser sozusagen durch das Material. Tatsächlich verdampft der Kunststoff sofort, wenn der Laserstrahl auf die Oberfläche trifft. Um zu verhindern, dass der Kunststoff beim Schneiden brennt, blasen wir Schneidgas über das zu schneidende Material. Dieses Schneidgas stellt auch sicher, dass keine Verschmelzung des Kunststoffs stattfindet. Der „Schnitt“ hängt von der Maschineneinstellung und der Materialdicke zwischen 0,05 und 0,15 mm ab. Dies ist auch einer der größten Vorteile des Kunststoff-Laserschneidens gegenüber dem Kunststofffräsen. Beim Fräsen von Kunststoffen verlieren Sie leicht zwischen 5 und 15 mm pro Schnitt, allein aufgrund der Dicke der Fräse! Natürlich hat das Fräsen auch Vorteile gegenüber dem Laserschneiden. Beispielsweise sind mit einem Laser 3D-Formen schwieriger herzustellen. Aus diesem Grund wird das Fräsen aus wirtschaftlicher Sicht bei der Herstellung von 3D-Teilen wie Vertiefungen und Schlitzen gewählt.
Der Prozess des Laserschneidens
Die Erzeugung des Laserstrahls besteht darin, die Quelle zu stimulieren, die elektrische Entladungen erzeugt, was im Grunde genommen mit einer Leuchtstoffröhre verglichen werden kann. Während der Stimulation dieser Quelle wird der erzeugte Strahl mittels eines Spiegels reflektiert, bis der Strahl genug Energie erreicht hat, um aus der Laserquelle zu entweichen. Der Laserstrahl verlässt dann die Laserquelle in Form eines stark fokussierten Lichtstrahls.
Der erzeugte Strahl wird dann durch eine Anzahl von Spiegeln zur zu schneidenden Oberfläche geführt. Um einen noch stärkeren und fokussierteren Laserstrahl zu erhalten, wird der Strahl von einer Linse gebündelt, bevor er auf das Material trifft. Diese Linse fungiert tatsächlich als Lupe und bündelt den Laserstrahl auf eine Oberfläche von etwa 0,1 × 0,1 Millimeter Größe. Mit diesem stark fokussierten Laser können die Materialien dann sehr präzise geschnitten werden. Beim „Schneiden“ verdampft das Material, das vom Laserstrahl beleuchtet wird.
Die 6 größten Vorteile des Kunststoff-Laserschneidens
Das Laserschneiden hat gegenüber anderen Schneidtechniken mehrere Vorteile. Aufgrund dieser Vorteile werden Kunststoffteile zunehmend mit einer Laserschneidmaschine hergestellt. Die Produktionsgeschwindigkeit ist höher als beim Fräsen und dies reduziert den Produktionspreis.
1. Hohe Schnittgeschwindigkeit
Der Vorteil, den Sie mit dem Laserschneiden erzielen können, hängt natürlich von den entsprechenden Teilen ab. Die Schnittgeschwindigkeit ist für jede Kunststoffart unterschiedlich. Dadurch können wir Acryl (PMMA) schneller schneiden als beispielsweise POM-C mit der gleichen Dicke. Auch die Farbe und Zusammensetzung des Materials hat Einfluss auf die Schnittgeschwindigkeit. Zum Beispiel können wir schwarzes HDPE schneller schneiden als die weiße Variante. Bei Acryl ist der Unterschied zwischen den verschiedenen Farben minimal. Im Durchschnitt ist das Laserschneiden etwa 20 % bis 50 % schneller als das Fräsen.
2. Komplexe Designs sind einfach zu schneiden
Während bei einem Fräswerkstück die Dicke der Fräse berücksichtigt werden muss, ist dies beim Laserschneiden nicht erforderlich. Eine Laserschneidmaschine kann Formen und damit Produkte schneiden, die mit einer Fräsmaschine einfach nicht hergestellt werden können. Dies betrifft hauptsächlich Kleinteile mit beispielsweise scharfen Ecken. Die sehr schmale Schnittbreite trägt dazu bei, komplexe Formen schneiden zu können.
Sehr schmale Schnittbreite
Die Schnittbreite für das Laserschneiden hängt vom Material und der Einstellung der Maschine zwischen 0,05 und 0,15 mm ab. Dies sind also sehr geringe Abmessungen! Wir arbeiten mit verschiedenen Arten von Fokuslinsen. Einige Linsen haben einen langen und relativ breiten Fokus. Mit diesen Linsen schneiden wir Kunststoffe zwischen ca. 5 und 25 mm. Bei dünneren Kunststoffplatten verwenden wir andere Linsen mit einem kürzeren Fokuspunkt. Der Vorteil dieser Linsen ist, dass wir noch detaillierter schneiden können. Der Nachteil ist, dass diese Linse zu wenig Leistung bietet, um dickere Materialien zu durchtrennen. Diese kleineren Linsen eignen sich daher hervorragend für detaillierte Lasergravuren!
4. Enge und saubere Schnittkante
Da der Kunststoff während des Schneidvorgangs verdunstet, werden keine Späne freigesetzt. Es ist auch kein mechanischer Kontakt an der Schnittkante sichtbar, weil kein Kontakt zwischen dem Schneidwerkzeug und dem Kunststoff besteht. Wir werden regelmäßig gefragt, ob der Kunststoff beim Schneiden mit einem Laser nicht brennt. Bei der Beantwortung dieser Frage zeigen wir häufig eine Reihe von lasergeschnittenen Kunststoffen. Die Schnittkanten sind oft atemberaubend schön! Einige Kunststoffe erfordern beim Einstellen der Maschine besondere Aufmerksamkeit. Insbesondere Polycarbonat ist ein Kunststoff, der bei Dicken von mehr als 5 mm eine weniger schöne Schnittkante aufweist. Der Grund dafür ist, dass dieses Material das Laserlicht weniger gut absorbiert und die Schnittkante sich braun verfärbt.
5. Berührungsloses Schneiden mit hoher Geschwindigkeit
Wir haben es bereits erwähnt, berührungsloses Schneiden. Sowohl beim Fräsen von Kunststoffplattenmaterial als auch beim Schneiden (mit einem Plotter) dünnerer Kunststofffolien kommt es zum Kontakt zwischen dem Schneidwerkzeug und dem Werkstück. Dies ist grundsätzlich kein Problem. Dennoch stellen wir oft fest, dass dünnere Folien beim Schneiden reißen. Das dickere Kunststoffplattenmaterial verschiebt sich häufig beim Fräsen. Da das Laserschneiden berührungslos erfolgt, kann der Kunststoff während des Schneidvorgangs nicht reißen und/oder sich bewegen. Dies reduziert die Fehlerquote und führt zu höherer Produktivität und geringeren Kosten!
6. Radiusfreie Ecken
Das klingt kompliziert, ist es aber nicht. Da eine Fräse rund ist und sich sehr schnell dreht, kann damit keine rechtwinklige Innenecke hergestellt werden. Eine Ecke enthält immer mindestens den Radius der Fräse. Bei einer 8-mm-Fräse bedeutet dies, dass eine Ecke immer einen Innenradius von 4 mm hat. Eine Außenecke kann mit einer Fräse radiusfrei hergestellt werden. Der Vorteil des Laserschneidens besteht darin, dass sowohl Innen- als auch Außenecken problemlos radiusfrei hergestellt werden können. Aufgrund der Schnittfläche von 0,1 × 0,1 mm spielt es keine Rolle, wie scharf die Ecken sein sollten. Der Laserschneider stellt alle Ecken radiusfrei her.
Die 4 Nachteile des Kunststoff-Laserschneidens
Zusätzlich zu den Vorteilen, die Sie oben gelesen haben, hat das Laserschneiden von Kunststoffen auch eine Reihe von Nachteilen.
1. Nur 2D-Formen möglich
Sobald Taschen, Vertiefungen und/oder z.B. Schlitze in ein Material eingearbeitet werden müssen, ist es unter Kostengesichtspunkten weniger attraktiv, dieses mit einer Laserschneidmaschine herzustellen. Da ein Laser von oben nach unten schneidet, kann nur gerade nach unten geschnitten werden. Eine Vertiefung des Materials ist möglich, aber aufgrund der geringen Oberfläche des Laserstrahls ist dies aus Kostengründen normalerweise nicht interessant. Der Laser entfernt stets Schichten von 0,1 × 0,1 mm. Um 1 mm Material zu „gravieren“, muss ein Laser sich also 10x hin und her bewegen. Bei Aussparungen/Vertiefungen, die größer als eine Fräse sind, ist die Bearbeitung mit einer Fräse eine effizientere Methode. Wenn Vertiefungen vorgenommen werden müssen, die kleiner als der Fräsdurchmesser sind, bietet das Laserschneiden eine Lösung! Der sehr kleine Laserstrahl ermöglicht es, genau diese kleineren Vertiefungen herzustellen.
2. Begrenzte Dicke möglich
Abhängig von der Art des Materials können wir auf eine bestimmte Dicke laserschneiden. Die maximale Dicke, die wir laserschneiden können, hängt von der Art des Kunststoffs ab. Acryl ist eine Kunststoffart, die mit dem Laser auf eine Dicke von 15 bis 20 mm geschnitten werden kann. Dickere Schnitte sind möglich, aber die Schnittkante wird weniger schön. Polycarbonat sieht vom Material her ähnlich aus, aber dieses Material kann mit dem richtigen Schneidgas sauber auf eine Dicke von etwa 5 mm lasergeschnitten werden. Wie dick wir schneiden können, hängt daher von der Art des Kunststoffs ab. Wir schneiden beispielsweise viele HDPE-Teile, wobei die maximale Dicke zwischen 10 und 12 mm liegt. Dickere Teile werden normalerweise durch Fräsen hergestellt.
3. Wärmeeintrag
Das Laserschneiden ist ein thermischer Prozess. Dies bedeutet, dass wir Kunststoff durch Erhitzen schneiden können. Dies hat jedoch einen Nachteil. Das Material um den Schnitt ist Hitze ausgesetzt. Da sich der Laser mit hoher Leistung und Geschwindigkeit über das Material bewegt, gelangt kaum Wärme in das Material. Der Schnitt wird sehr heiß und verdunstet. Die sogenannte „Wärmeeinflusszone“ ist relativ klein. Die Wärmeeinflusszone ist das Stück Kunststoff (um die Schnittkante herum), das höheren Temperaturen ausgesetzt ist. Durch die Verwendung des richtigen Schneidgases in Kombination mit der richtigen Schneidgasmenge können wir diesen Bereich auf ein Minimum beschränken. Die Wahrscheinlichkeit eines Verziehens des Werkstücks wird dadurch verringert. Trotzdem kann der Wärmeeintrag in einigen Situationen nachteilige Auswirkungen haben. Natürlich wird ein Werkstück beim Fräsen ebenfalls warm. Der große Vorteil des Fräsens besteht darin, dass die Fräse und das Werkstück beispielsweise mit Flüssigkeit gekühlt werden können. Dadurch gelangt sehr wenig Wärme in das Werkstück. Wenn wir den Laserstrahl mit Flüssigkeit kühlen würden, würde die Leistung des Strahls verloren gehen. Beim Laserschneiden sind wir durch die Kühlleistung des Schneidgases begrenzt. Bei speziellen Fragen zum Wärmeeintrag wenden Sie sich bitte an uns.
4. Nicht für alle Materialien geeignet
Trotz der Vielfalt an Kunststoffarten, die wir mit dem Laser schneiden können, gibt es auch eine Reihe von Kunststoffen, die wir absolut nicht schneiden können (und wollen). Sie müssen diese Materialien fräsen lassen, da beim Laserschneiden dieser Kunststoffe schädliche Substanzen freigesetzt werden. Beispiele sind:
- PVB,
- PVC,
- Carbon/Kohlenstoff
Möchten Sie die oben genannten Materialien bearbeiten lassen? Dann müssen Sie eine andere Bearbeitungstechnik wählen. Natürlich helfen wir Ihnen diesbezüglich gerne weiter. Wenn Sie Fragen oder Anmerkungen haben, können Sie sich jederzeit mit uns in Verbindung setzen.
Anwendungen Laserschneiden
Wie bereits erwähnt, ist das Laserschneiden eine häufig verwendete Bearbeitungstechnik, die eine Lösung für viele Märkte bietet. Neben Endprodukten liefert DLF Plastics auch viele Arten von Teilen und Halbzeugen an unsere Kunden. Neben Privatpersonen unterstützen wir Kunden, die in einer Vielzahl von Märkten tätig sind, bei der Umsetzung ihrer Ideen.
Einige Beispiele für diese Märkte sind:
- Yachtbau;
- Maschinenbau;
- Automobilindustrie;
- Elektrotechnik;
- Lebensmittelindustrie.
