Laser Cutting für saubere Schnittkanten ohne Nachbearbeitung
Das Laserschneiden, auch Laserfeinschneiden, Präzisionslaserschneiden oder Laser Cutting genannt, beschreibt ein thermisches Trennverfahren zum schnellen, effizienten und präzisen Schneiden nahezu jeder Art von Flachmaterialien.
Wir fertigen individuelle Feinschneidteile nach den Vorgaben unserer Kunden. Der Kunde erstellt eine technische Zeichnung gemäß der gewünschten Schneidegeometrie in einem vektorbasierten Konstruktionsprogramm am Computer und stellt diese als CAD-Daten zur Verfügung. Diese bereitgestellten Daten werden anschließend an das jeweilige Lasersystem geschickt und durch einen Laserstrahl aus dem individuell ausgewählten Material ausgeschnitten.
Durch weitere Verarbeitungsschritte wie Umformen, Löten oder Schweißen können zudem komplexere Bauteile in jeder gewünschten Form und Funktion gefertigt werden. Schneidet der Laser beispielsweise Form-, Flach- und Blattfedern aus hochlegiertem Federstahlblech oder -band, können diese anschließend mithilfe von Biegeprozessen wunschgemäß umgeformt werden.
Technische Details des Präzisionslaserschneidens
Beim Laserfeinschneiden kann je nach Laserschneidsystem eine extrem große und vielfältige Bandbreite an Materialien bearbeitet werden. Es ermöglicht enge Toleranzen, wobei die Genauigkeit von Faktoren wie Wärmeeintrag und Eigenspannungen beeinflusst wird. Konkrete Toleranzangaben variieren je nach Material, Dicke und verwendetem Laserschneidsystem.
Weitere Vorteile des Präzisionslaserschneidens auf einen Blick:
- für sehr unterschiedliche Materialien geeignet
- saubere Schnittkanten, kaum Gratbildung
- schnell, präzise und effizient
- flexible Bearbeitungsmethoden ohne Werkzeugkosten
- bei dünnen Materialien verzugsfrei ohne Wärmeeintrag
- bei dicken Materialien hohe Aspektverhältnisse realisierbar
- teilautomatisierbar für wirtschaftliche Serienfertigung
Laserschneiden, Stanzen, Drahterodieren, Wasserstrahlschneiden oder Ätzen?
Beim Vergleich von Laserfeinschneiden, Stanzen, Drahterodieren, Wasserstrahlschneiden und Ätzen lassen sich verschiedene Aspekte und Vorteile berücksichtigen. Hier ein Vergleich der verschiedenen Verfahren:
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Das Laserfeinschneiden
Hierunter wird eine Reihe von Verfahren zusammengefasst, die Laser zum Schneiden unterschiedlicher Materialien einsetzen.
Vorteile:
- Alle Materialien lassen sich bearbeiten – insbesondere harte spröde und dünne
- Kaum Wärmeeinfluss
- Kaum Gratbildung
- Kein Chipping, sogenanntes Abplatzen von Material an der Oberfläche
- Kostengünstig und energieeffizient
- Automatisierbar für große Stückzahlen
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Das Wasserstrahlgeführte Laserschneiden
Bei dieser noch relativ jungen, für die Industrie nutzbare, Technologie fungiert ein 50 µm dünner, laminarer Wasserstrahl als Trägermedium für den Laser. Das bedeutet, dass der Wasserstrahl den Laserstrahl umgibt und somit die Funktion eines Lichtleiters übernimmt. Das Wasser führt nur den Laserstrahl, schneidet das Material aber nicht. Das übernimmt der Laserstrahl. Die Entfernung zum Werkstück spielt durch die präzise Fokussierung kaum eine Rolle.
Vorteile:
- Starkverminderter Wärmeeinflusses bei der Bearbeitung
- Sehr hohe Bearbeitungsqualität mit geringer Schnittkantenrauheit
- Parallele Schnittkanten bis zu einer Materialdicke von 20 mm möglich
- Eignung für rissempfindliche Materialien wie Silizium und Keramik
Erfahren Sie hier mehr zur wasserstrahlgeführten Laserbearbeitung.
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Das Stanzen von Materialien
Hierbei handelt es sich um ein Verfahren, bei dem unterschiedliche Werkstoffe durch eine Stanzpresse bearbeitet werden.
Vorteile:
- Alle kaltumformbaren Materialen lassen sich bearbeiten
- Bearbeitung von Materialien in der dritten Dimension
- Zusammenfassung verschiedener Arbeitsschritte in einem Verfahren (Stanzbiegewerkzeuge)
- Geringe Kosten bei großen Serien und Wiederholungsserien (ansonsten hohe Werkzeugkosten)
Allerdings ist das Verfahren nicht besonders flexibel und eignet sich dementsprechend vor allem bei großen Stückzahlen mit identischen Arbeitsschritten.
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Das Wasserstrahlschneiden
Beim Wasserstrahlschneiden werden Werkstoffe mit Wasser unter Hochdruck geschnitten. Je nach Materialhärte kommt reines, gefiltertes Wasser oder eine Kombination mit einem Abrasivmittel wie Granatsand zum Einsatz.
Vorteile:
- Alle nicht-wasserlösliche Materialien
- Anwendung bei hohe Materialdicken und wärmeempfindlichem Werkstoffen
- „kaltes“ Trennverfahren: kein Wärmeeintrag in das Material bei der Bearbeitung
- Hohe Kantenqualität bei den Bauteilen
- Keine Werkzeugkosten
Beim Wasserstrahlschneiden mit Abrasivmittel sind die Kosten höher als bei dem reinen Wasserstrahlschneiden. Zudem kommt es durch das Abrasivmittel zu einem schnelleren Verschleiß der strahlführenden Komponenten, das sich wiederum auch auf die Kosten auswirkt.
Das Verfahren ist nicht für dünne Materialien geeignet. Zudem kann die Bearbeitung von spröden und gehärteten Materialien problematisch sein. Bei Elektronik-Bauteilen, bei denen Wasserkontakt oder Feuchtigkeit vermieden werden soll, ist es empfehlenswert auf andere Bearbeitungsverfahren oder Lasertechnologien auszuweichen.
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Das Drahterodieren
Beim Drahterodieren werden Materialien mittels der elektrischer Entladung zwischen Draht und Werkstück bearbeitet. Das Verfahren stammt aus dem Bereich der sogenannten Funkenerosion.
Vorteile:
- Extrem hohe Präzision durch Formgenauigkeit und Maßhaltigkeit
- Materialien mit besonderer Härte bearbeitbar
- Auch große Materialdicken mit geringen Schnittbreiten umsetzbar
Allerdings ist die Auswahl der möglichen Materialien eingeschränkt, weil nur elektrisch leitendes Material bearbeitet werden kann. Bei der Bearbeitung entstehen je nach Bauteilkomplexität mitunter lange Bearbeitungszeiten und damit verbunden hohe Kosten.
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Das fotochemische Ätzen
Beim fotochemischen Ätzen, auch Säureätzen oder chemisches Ätzen genannt, wird Material von der Oberfläche von Metallen durch ätzende Stoffe abgetragen. Hier werden Metallplatten mit einer dünnen Schicht aus lichtempfindlichem Lack beschichtet. Hierdurch erfolgt die Vorbehandlung für das Säureätzen. Die Bereiche, die unversehrt bleiben müssen, werden über eine Schablone oder Maske belichtet. Bei allen nicht belichteten Stellen wird der Lack abgespült und das freiliegende Metall geätzt und abgetragen. So entsteht die gewünschte Struktur.
Vorteile:
- Wirtschaftlichkeit bei großen Stückzahlen
- Bearbeitung komplexer Konturen und Strukturen, aber nur sehr dünner Materialien
- Sehr hohe Präzision in der Bearbeitung
- Geringere Werkzeugkosten als bei der Stanztechnik
- Gratfreies und verformungsfreies Verfahren
Nachteile ergeben sich bei der Auswahl der Materialien, die aufgrund der chemischen Beständigkeit gegenüber dem Ätzmittel bearbeitbar sind. Hier werden vorrangig Metalle geätzt. Zudem ist die Umweltbelastung ein wichtiger Aspekt, denn einige Ätzmittel sind umweltschädlich und bedürfen der gesonderten und sicheren Entsorgung.
Unsere drei Laserschneidverfahren
Kunden aus den Bereichen Hybrid- und Elektronikfertigung (EMS), feinmechanischem Geräte- und Apparaturenbau, der Medizin- sowie Luft- und Raumfahrttechnik schätzen unsere Kompetenzen aus über 30 Jahren Arbeitserfahrung für Laserfeinbearbeitung. Dabei kommen die folgenden drei Methoden zum Einsatz:
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Laserschmelzschneiden
Bei diesem berührungslosen Schneidverfahren wird das Material – wie der Name schon verrät – mithilfe eines fokussierten Laserstrahls aufgeschmolzen. Ein inertes Schneidgas kühlt den Schneidbereich, schirmt dabei den Bearbeitungspunkt vor einer Oxidation ab und verhindert so eine exotherme Reaktion. Dadurch ist es möglich, dass dieses Schneidverfahren mit einer geringeren Vorschubgeschwindigkeit arbeiten kann und minimiert somit die thermische Belastung des Werkstücks. Dadurch können Metalle nahezu verzugs- und spannungsfrei getrennt werden. Die Schnittkante ist glatt, weist keine Oxidationsreste (Zunder) auf und bildet selbst ohne Nachbearbeitung eine schöne Kante.
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Brennschneiden
Das Laserbrennschneiden wird hauptsächlich zum Schneiden eisenhaltiger Werkstoffe angewandt. Ein reaktionsfreudiges Schneidgas, meist Sauerstoff, treibt dabei das aufgeschmolzene Material aus dem Schnittspalt des Laserstrahls. Der Laserschneidprozess wird durch das Prozessgas zusätzlich gefördert. Es kommt zu einer exothermen Reaktion. Die Vorschubgeschwindigkeit ist vergleichsweise groß, parallel dazu verzeichnet das Werkstück eine signifikante thermische Belastung. Es besteht die Gefahr des Materialabbrandes oder des Materialverzugs und es ist eine zusätzliche Nachbearbeitung zur Entfernung der Oxidationsreste (Zunder) nötig.
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Lasersublimationsschneiden
Das Laserstrahlsublimationsschneiden wird bei dünnen und empfindlichen Materialien angewandt. Das Verfahren ermöglicht komplizierte Konturen, eine hohe Genauigkeit und hochwertige Schnittkanten mit sehr geringem Grat und geringer Rautiefe. Der Laserstrahl allein verdampft das Material. Somit erfolgt eine unmittelbare Umwandlung von festem in gasförmigen Zustand, was durch schichtweisen Materialabtrag einen präzisen und feinen Schnittspalt erzeugt. Es findet eine quasi kalte Bearbeitung statt, da der Materialabtrag ohne beziehungsweise mit extrem geringer Wärmeleitung innerhalb des Werkstücks erfolgt.
Je nach Einsatzgebiet kommen CO2-Gaslaser, Festkörperlaser wie Faser- und Scheibenlaser oder modernste Ultrakurzpulslaser, sogenannte UKP-Laser, im Piko- und Femtosekundenbereich für die Bearbeitung zum Einsatz.
Materialen, die durch Laserschneiden bearbeitet werden
Das Laserfeinschneiden ist ein hochpräzises Bearbeitungsverfahren, mit dem eine Vielzahl von Materialien effizient bearbeitet werden können. Dazu gehören Flachmaterialien wie Metallbleche aus Federstahlblech, Federstahlband, Edelstahlband und Buntmetallband sowie Kunststoffe, die mit dem präzisen Laserstrahl exakt geschnitten werden. Auch dünne Folien, darunter Edelstahlfolien und Buntmetallfolien, sind mit dem Laserschneidverfahren präzise bearbeitbar.
Generell erstreckt sich die Anwendung des Laserfeinschneidens auf Metalle und Legierungen wie Edelstähle, Bunt-, Refraktär- und Edelmetalle, Titan sowie Aluminium. Sogar weich- und hartmagnetische Materialien wie Ferrite und Elektrobleche können mit dem Laserstrahl präzise zugeschnitten werden, um spezifische Anforderungen zu erfüllen. Auch Materialien mit speziellen Beschichtungen wie C5-Schichten oder Lacke, wie es zum Beispiel bei Elektroblechen vorkommt, sind für das Laserschneiden bestens geeignet.
Sowohl keramische Substrate als auch Wafer, beispielsweise aus Aluminiumoxid (Al2O3), Aluminiumnitrid (AlN), Siliziumkarbid (SiC), Siliziumnitrid (Si3N4) sowie Silizium, können durch Laserfeinschneiden an genaue Spezifikationen angepasst werden.
Letztendlich werden sogar empfindliche Materialien wie Glas und technische Keramik mit dem feinen Laserstrahl schonend bearbeitet.
Produkte, die durch Lasertechnik gefertigt werden
- Niederhalter, Flachfedern, Lehren, Bänder, Shims, Formfedern, Blattfedern, Kontaktfedern: Diese können durch Laserfeinschneiden aus Metallblechen gefertigt werden.
- Lead Frames, Stanzgitter, Platinen: Laserschneiden ermöglicht präzise Ausschnitte und Formen in elektronischen Bauteilen.
- Masken, Schattenmasken, Sputtermasken, Bedampfungsmasken, Blenden, Schablonen, SMD-Schablonen: Präzise Schnitte für diese Produkte sind wichtig in der Elektronik- und Halbleiterindustrie.
- Shimsbleche, Distanzbleche: Laserfeinschneiden bietet eine genaue Möglichkeit, Distanz- und Ausgleichsbleche herzustellen.
- Messlehren, Abstandsfolien, Ausgleichsfolien, Lotfolien, Keramikfolien, Formkeramiken: Präzise geschnittene Teile für Mess- und Ausgleichszwecke.
- Rotoren, Statoren, Stromschienen, Kontaktbrücken, Flachstecker, Batteriekontakte: Laserschneiden ermöglicht präzise Formgebung für elektrische Komponenten.
- Nutzen- oder Netzwerksubstrate: Hochpräzise lasergeschnittene Substrate für Dickschicht- und Dünnfilmanwendungen.
- Rohre, Kapillare, Nadeln: Laserfeinschneiden kann auch für präzise Schnitte in zylindrischen Formen wie Rohren und Nadeln angewendet werden.
- Gehäuse, Deckel, Kappen: Präzise Ausschnitte und Formen für Gehäuse von elektronischen Geräten.
- Gitter, Siebe, Metallgewebe: Feine Schnitte für diese Produkte sind durch Laserfeinschneiden möglich.
- Uhrenbauteile, Spielzeugbauteile, Designartikel, Schmuckartikel: Feine und komplexe Schnitte für hochwertige Produkte.
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Dünnfilmsubstrat, Keramik Al2O3 (99%) - lasergeschnitten, lasergebohrt, lasergescribt -
Kontaktfedern, rostfreier Federstahl 1.4310, t=0,1-0,5 mm -
Einzelschneidteile, Keramik AlN+SiC, t=0,3 bis 1,0 mm -
Leadframe, Bronze CuSn6, t=0,6mm
Unsere Serviceleistungen rund um das Laserfeinschneiden
Ihr Ansprechpartner
Antje Oßmann