Ein Werkzeug - verschiedene Verfahren
Schnittqualität und Preis, zu dem sie zu haben ist, variieren erheblich. Verschiedene Schneidgase und -drucke beeinflussen den Bearbeitungsprozess und das Ergebnis. Wie so oft, gilt auch hier: Wer Wert auf schnell und günstig legt, muss bei der Qualität Abstriche machen.
Brennschneiden
Zum Brennschneiden wird Sauerstoff als Schneidgas eingesetzt. Der Sauerstoff wird mit einem Druck von bis zu 6 bar in den Schnittspalt geblasen. Im Schnittspalt reagiert die Metallschmelze mit dem Sauerstoff: Sie verbrennt und oxidiert. Die chemische Reaktion setzt sehr viel Energie frei. Diese Energie unterstützt den Laserstrahl. Brennschneiden erlaubt hohe Schneidgeschwindigkeiten in dünnen Blechen und das Bearbeiten dicker Bleche. Baustahl lässt sich beispielsweise in Dicken bis über 30 Millimetern schneiden.
Allerdings hat es auch Nachteile: Die Schnittkante ist mit einer Oxidschicht bedeckt. Bei Baustahl muss die Oxidschicht vor dem Lackieren oder Pulverbeschichten abgetragen werden. Denn auf der oxidierten Oberfläche haftet der Lack oder die Beschichtung schlecht. Wenn die Schutzschicht aufbricht, ist das Metall nicht mehr vor Korrosion geschützt. Die Oxidschicht hebt auch den Korrosionsschutz von Edelstahl auf und stört beim Schweißen. Bei Bedarf müssen die Kanten deshalb nachbearbeitet werden.
Fazit: Brennschneiden ist für Baustahl günstiger und schneller als Schmelzschneiden. Es eignet sich dann, wenn die Oxidschicht an der Kante nicht stört oder die Kosten für Brennschnitt und Nacharbeiten günstiger sind als andere Schneidverfahren.
Schmelzschneiden
Zum Schmelzschneiden setzt man Gase wie Stickstoff oder Argon ein. Sie werden mit Drücken zwischen 2 und 20 bar durch die Schnittfuge getrieben. Im Gegensatz zum Brennschneiden reagiert das Schneidgas dabei nicht mit der Metalloberfläche im Schnittspalt. Man sagt daher, es sei inert.
Das Gas bläst die Schmelze aus der Schnittfuge und schirmt die Schnittkante von der Luft ab. Stickstoff ist für fast alle Metalle geeignet. Die Ausnahme: Titan. Titan reagiert sowohl mit Sauerstoff als auch mit Stickstoff heftig und wird daher mit Argon geschnitten. Schmelzschneiden hat den Vorteil, dass die Schnittkanten oxidfrei bleiben. Sie müssen nicht mehr nachbearbeitet werden.
Allerdings steht zum Schneiden allein die Energie des Lasers zur Verfügung. Deshalb sind die Schneidgeschwindigkeiten nur in dünnen Blechen so hoch wie beim Brennschneiden. Auch das Einstechen wird erschwert. Einige Schneidanlagen bieten die Möglichkeit, mit Sauerstoff einzustechen und dann mit Stickstoff weiterzuschneiden.
Fazit: Mit Schmelzschneiden lassen sich Kanten erzielen, die grat- und oxidfrei sind. Die höhere Qualität kostet mehr Zeit und mehr Geld – aufgrund höherer Gas- und Energiekosten.
Druckluftschneiden
Wer kein Gas kaufen möchte, kann zum Schneiden dünner Bleche auch Luft einsetzen. Druckluft mit 5 bis 6 bar genügt, um die Schmelze aus dem Schnittspalt zu blasen. Da Luft zu knapp 80 Prozent aus Stickstoff besteht, ist das Druckluftschneiden ein Schmelzschneidverfahren. Auf den ersten Blick erscheint Druckluftschneiden als günstige Alternative zum Schneiden mit Stickstoff. Luft ist umsonst, sie muss aber komprimiert, getrocknet und entölt werden.
Damit relativiert sich der Kostenvorteil gegenüber Stickstoff. Die Schnittkanten sind rauer als beim Schmelzschneiden mit Stickstoff. Welche Blechdicke geschnitten werden kann, hängt vom Druck ab, den das Druckluftnetz zur Verfügung stellt, und von der Laserleistung. Mit 5 Kilowatt Laserleistung und 6 bar Druck lässt sich etwa Blech mit einer Dicke von 2 Millimetern gratfrei schneiden. Die besten Ergebnisse liefert Druckluftschneiden in Aluminium.
Fazit: Wer mit Druckluft schneidet, ist vergleichsweise schnell, nimmt allerdings eine geringere Kantenqualität in Kauf und schneidet nicht immer günstiger ab.
Plasmaunterstütztes Schmelzschneiden
Bei allen oben beschriebenen Verfahren wird die Metallschmelze schnell und vollständig aus dem Spalt geblasen. Beim plasmaunterstützten Schmelzschneiden mit dem CO2-Laser ist das anders. Hier nutzt man einen Effekt, der auch beim Laserschweißen auftritt: Im Schnittspalt bildet sich eine Plasmawolke, die aus ionisiertem Metalldampf und ionisiertem Gas besteht.
Plasma kann dann entstehen, wenn sich Schlacke, Schmelze und Gas in der Schnittfuge stauen. Plasma war lange Zeit ausschließlich Störfaktor und Alarmzeichen. Denn üblicherweise riss kurz nach Erscheinen der Plasmawolke der Schnitt ab: Der Laserstrahl drang nicht mehr ganz durchs Material; durch den Bearbeitungsfehler wurde das Teil unbrauchbar. Dann zeigte sich, dass man mit Plasma schneller schneiden kann, wenn man die Parameter geschickt wählt. Durch das Plasma lässt sich mehr Energie in das Werkstück einbringen. Es schmilzt schneller auf. In dünnen Blechen erlaubt das Verfahren Schneidgeschwindigkeiten von 40 Metern pro Minute und mehr. Die Schnittkanten werden allerdings rauer als beim Schmelzschneiden. Die maximale Blechdicke hängt von der Laserleistung ab. Mit 6 Kilowatt Leistung lassen sich zum Beispiel 4 Millimeter dicke Aluminiumtafeln bearbeiten.
Fazit: Plasmaunterstütztes Hochgeschwindigkeitsschneiden setzt man immer dann ein, wenn es besonders schnell gehen soll und die Rauigkeit der Kanten keine Rolle spielt.
