Plasmaschneiden vs. Laserschneiden: Vergleich der Vor- und Nachteile

Einführung

Laserschneiden und Plasmaschneiden sind zwei weit verbreitete Methoden in modernen CNC-Fertigungsprozessen (Computer Numerical Control). Beide sind thermische Verarbeitungstechniken, die zum Schneiden von Materialien in industriellen Umgebungen eingesetzt werden. Es gibt jedoch einige wesentliche Unterschiede zwischen diesen beiden Technologien, wobei der bedeutendste die Schneidkraftquelle ist: Laserschneidmaschinen verwenden einen starken und schmalen Laserstrahl zum Schneiden von Materialien, während Plasmaschneidmaschinen gerichtete Plasmaströme zum Schneiden verwenden.

Laserschneiden TDie Technologie eignet sich für eine Vielzahl von Materialien, darunter Keramik, Holz, Kunststoff und Metalle, während Plasmaschneiden nur auf das Schneiden leitfähiger Materialien beschränkt ist. Laserschneiden ermöglicht im Vergleich zu Plasmaschneiden schnelleres und präziseres Schneiden und erzeugt glattere Schnittoberflächen. Darüber hinaus eignet sich Laserschneiden besser für komplexe Schneidaufgaben. Allerdings sind die Wartungskosten von Plasmaschneidmaschinen geringer und die mechanische Struktur einfacher, was zu niedrigeren Gesamtkosten führt. Während beide Technologien hauptsächlich zum Metallschneiden verwendet werden, wird Laserschneiden auch häufig zur Bearbeitung anderer Materialien eingesetzt.

Die Wahl des richtigen CNC-Schneidverfahrens für Ihre Anforderungen kann von mehreren Faktoren abhängen. Dieser Artikel vergleicht Laserschneiden und Plasmaschneiden in Bezug auf Geschwindigkeit, verwendbare Materialien, Kosten und andere Faktoren um Ihnen zu helfen, eine fundiertere Entscheidung zu treffen.

Was ist Laserschneiden und wie funktioniert es?

Beim Laserschneiden wird die hochkonzentrierte Energie eines Laserstrahls auf ein Material gerichtet, wodurch das Werkstück lokal geschmolzen und getrennt wird. Je nach Schneidtechnik kann der Laser das Material schmelzen, wobei ein unterstützender Gasstrom das geschmolzene Material aus dem Weg bläst.

Oder es kann das geschnittene Material direkt von der festen in die gasförmige Form überführen (Sublimation), wobei der Schnitt in Dampfform entfernt wird. Laserschneidgeräte können Struktur- und Rohrmaterialien sowie dünne Bleche schneiden.

Zum Laserschneiden werden hauptsächlich drei Lasertypen verwendet: CO2-, Neodym- und Faserlasersysteme. Obwohl die Laserschneidtypen alle ähnlich aufgebaut sind, unterscheiden sie sich darin, dass jeder Lasertyp einen anderen Leistungsbereich hat und sich jeder am besten für bestimmte Materialarten und -dicken eignet.

Bei CO2-Schneidern wird das Schneiden mit elektrisch stimuliertem CO2 durchgeführt. Neodym- oder Kristalllaserschneider erzeugen Strahlen durch Nd:YVO (Neodym-dotiertes Yttriumorthovanadat) und Nd:YAG (Neodym-dotiertes Yttrium-Aluminium-Granat). Faserschneider schließlich verwenden Glasfaser, um Materialien zu schneiden. Die Laser werden von einem sogenannten „Seep-Laser“ abgeleitet und anschließend durch spezielle Fasern verstärkt.  

CO2-Laser erfreuen sich größter Beliebtheit, da sie eine Vielzahl von Materialien schneiden können, eine geringe Leistung aufweisen und preisgünstig sind. 

Laserschneiden wird häufig in Bereichen wie Elektronik, Medizin, Luftfahrt und Transport eingesetzt. Aufgrund der Fähigkeit des Lasers, präzise Schnitte und Oberflächen zu erzeugen, wird er hauptsächlich zum Schneiden von Metallen wie Wolfram, Stahl, Aluminium, Messing oder Nickel verwendet. Laser werden auch zum Schneiden von Holz, Silizium, Keramik und anderen Nichtmetallen verwendet.

Was ist Plasmaschneiden und wie funktioniert es?

Plasmaschneiden ist ein thermischer Schneidprozess, bei dem ein Hochgeschwindigkeitsstrahl ionisierten Gases (Plasma) zum Schmelzen und Trennen von Metallmaterialien verwendet wird. Das Grundprinzip besteht darin, einen elektrischen Lichtbogen durch ein Gas zu leiten, das durch eine verengte Öffnung gepresst wird, wodurch Plasma entsteht. So funktioniert es:

1. Erzeugung von Plasma: Plasmaschneidsysteme bestehen aus mehreren Komponenten, darunter einer Stromversorgung, einem Gasversorgungssystem und einem Brenner. Die Stromversorgung erzeugt einen Lichtbogen, der durch den Brenner und in das durch ihn strömende Gas geleitet wird. Das Gas, normalerweise Druckluft, Stickstoff oder Argon, wird ionisiert und verwandelt sich in Plasma, wenn es die hohe Temperatur des Lichtbogens erreicht.
2. Bildung von Plasmastrahlen: Der Plasmastrahl tritt mit hoher Geschwindigkeit aus der Brennerdüse aus und erreicht normalerweise Geschwindigkeiten von bis zu 20.000 Fuß pro Sekunde. Dieser Plasmastrahl ist extrem heiß und erreicht Temperaturen von über 30.000 Grad Fahrenheit (16.650 Grad Celsius).
3. Materialschneiden: Wenn der Plasmastrahl mit dem Metallwerkstück in Kontakt kommt, erhitzt er das Material schnell bis zu seinem Schmelzpunkt. Gleichzeitig bläst die kinetische Energie des Plasmastrahls das geschmolzene Metall vom Schnitt weg und erzeugt einen schmalen Schnitt.
4. Gasfluss: Um den Schneidvorgang aufrechtzuerhalten, wird normalerweise neben dem Plasma ein Sekundärgas, häufig Sauerstoff oder Stickstoff, durch den Brenner geleitet. Dieses Gas unterstützt das Entfernen des geschmolzenen Metalls aus dem Schnitt und trägt zur Kühlung des Schnitts bei, wodurch Schäden am Werkstück vermieden werden.
5. Kontrolle und Präzision: Der gesamte Schneidvorgang wird von einem CNC-System gesteuert, das die Bewegung des Plasmabrenners gemäß programmierter Schneidpfade präzise über das Werkstück lenkt. Diese CNC-Steuerung gewährleistet Genauigkeit und Wiederholbarkeit des Schneidvorgangs und ermöglicht die Erstellung komplexer Formen und präziser Schnitte.

Plasmaschneiden vs. Laserschneiden: Vor- und Nachteile

Vorteile des Laserschneidens

1. Genauigkeit: Die Energie eines Laserstrahls wird auf einen einzigen winzigen Bereich konzentriert, durchdringt das Material und schneidet es. Dieser Prozess erzeugt eine dünne Schnittnaht (Schnittfuge) im Werkstück, im Gegensatz zu der breiteren Schnittfuge, die beim Plasmaschneiden entsteht. Der dünnere Schnitt, den ein Laser erzeugt, macht ihn für komplexe, heikle Schneidaufgaben nützlich, die mit einem Plasmaschneider nicht erledigt werden können.
2. Große Auswahl an Materialien: Laserschneider können eine Vielzahl von Materialien schneiden, darunter Metall, Holz, Kunststoff und Keramik. Plasmaschneider hingegen sind auf das Schneiden leitfähiger Materialien beschränkt. 
3. Geschwindigkeit: Laserschneider sind im Vergleich zu Plasmaschneidern eine energieeffizientere und schnellere Möglichkeit zum Schneiden von Metall und somit eine bessere Wahl für die Umwelt.

Nachteile des Laserschneidens

1. Reflektierende Materialien: Im Vergleich zum Plasmaschneiden funktioniert das Laserschneiden bei stark reflektierenden Oberflächen wie Metall nicht so gut. 
2. Materialstärke: Im Allgemeinen verfügen Lasermaschinen nicht über genügend Leistung, um Materialien mit einer Dicke von über 19 mm zu schneiden, wohingegen Plasmaschneider in der Lage sind, Metallplatten mit einer Dicke von bis zu 38 mm zu schneiden. 
3. Kapitalinvestition: Die Investitionskosten für einen Laserschneider sind deutlich höher als für einen Plasmaschneider. 

Vorteile des Plasmaschneidens

1. Kosten: Der Betrieb von Laserschneidern ist in der Regel teurer als der von Plasmaschneidern.  
2. Dickere Platten: Im Allgemeinen können Plasmaschneider dickere Platten (bis zu 38 mm) schneiden, während Laserschneider 12,7 mm dickes Aluminium, 19 mm dicken Edelstahl und 25,4 mm dicken Stahl schneiden können.  
3. Geringer Wartungsaufwand: Plasmatechnologien erfordern deutlich weniger Wartung als Laserschneider. 

Nachteile des Plasmaschneidens

1. Größere Schnittfuge: Aufgrund der größeren Schnittfläche ist das Plasmaschneiden weniger präzise und unterliegt daher im Vergleich zum Laserschneiden größeren Einschränkungen.
2. Eingeschränkte Funktionalität: Plasmaschneiden bietet im Gegensatz zu Laserschneidmaschinen keine Gravurfunktion. 
3. Strahlung: Plasmaschneider erzeugen im Gegensatz zu Laserschneidern Strahlung. Dies erfordert die Verwendung von Schutzausrüstung, einschließlich Schutzbrillen oder Brillen für die Arbeiter.
4. Begrenzte Materialien: Plasmaschneider sind auf die Verwendung bei elektrisch leitfähigen Materialien beschränkt. 

Laserschneiden vs. Plasmaschneiden: Ein umfassender Vergleich

Funktionsprinzip

• Laserschneiden: Verwendet einen Hochleistungslaserstrahl, um Material entlang eines vorgegebenen Pfads zu schmelzen, zu verbrennen oder zu verdampfen.
• Plasmaschneiden: Verwendet einen Hochgeschwindigkeitsstrahl aus ionisiertem Gas (Plasma), um metallische Materialien zu schmelzen und zu trennen.

Schnittgeschwindigkeit und Effizienz

• Laserschneiden: Bietet im Allgemeinen höhere Schneidgeschwindigkeiten als Plasmaschneiden und eignet sich daher für eine schnelle Produktion und komplexe Designs.
• Plasmaschneiden: Plasmaschneiden ist zwar im Allgemeinen langsamer als Laserschneiden, eignet sich jedoch besonders zum Schneiden dickerer Materialien und ist bei Hochleistungsanwendungen häufig kostengünstiger.

Materialverträglichkeit

• Laserschneiden: Geeignet für eine breite Palette von Materialien, darunter Metalle, Kunststoffe, Holz, Keramik und Verbundwerkstoffe.
• Plasmaschneiden: Wird hauptsächlich zum Schneiden leitfähiger Materialien wie Stahl, Edelstahl, Aluminium, Kupfer und anderen Legierungen verwendet.

Schnittdicke

• Laserschneiden: Bevorzugt für dünne bis mittlere Materialstärken, typischerweise bis zu 1 Zoll (25 mm) bei Stahl.
• Plasmaschneiden: Eignet sich hervorragend zum Schneiden dickerer Materialien, mit Schnittbreiten von 0,1 Zoll (2,5 mm) bis zu mehreren Zoll, abhängig von der Leistung des Plasmaschneiders.

Präzision und Kantenqualität

• Laserschneiden: Bietet hohe Präzision und hervorragende Kantenqualität mit minimaler Verzerrung, Wärmeeinflusszonen und Graten.
• Plasmaschneiden: Bietet eine gute Schnittpräzision, die Kantenqualität ist jedoch möglicherweise nicht so sauber wie beim Laserschneiden, sodass häufig zweite Endbearbeitungsvorgänge erforderlich sind.

Kostenüberlegungen

• Laserschneiden: Aufgrund der Komplexität der Lasersysteme und des Wartungsaufwands ist das Schneiden im Allgemeinen mit höheren Geräte- und Betriebskosten verbunden.
• Plasmaschneiden: Normalerweise kostengünstiger zum Schneiden dickerer Materialien und für die Produktion großer Stückzahlen, mit geringeren Anschaffungskosten für die Ausrüstung und reduzierten Ausgaben für Verbrauchsmaterial.

Umweltauswirkungen

• Laserschneiden: Produziert während des Betriebs nur minimalen Rauch, Dämpfe und Lärm und ist daher umweltfreundlich.
• Plasmaschneiden: Erzeugt im Vergleich zum Laserschneiden mehr Rauch, Dämpfe und Lärm und erfordert daher entsprechende Belüftung und Sicherheitsmaßnahmen.

Abschluss

In diesem Artikel werden die Unterschiede zwischen Laserschneiden und Plasmaschneiden beschrieben und ihre Funktionsweise und Anwendung in der Fertigung erläutert. Für weitere Informationen zu Laserschneid- und Plasmaschneidtechniken wenden Sie sich bitte an Krrass Machinery.

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