Lasersnijden: Grondbeginselen, processen en alternatieven

Lasersnijden is een proces dat in tal van industrieën en sectoren wordt toegepast. Dit proces verwijst naar het doorsnijden van verschillende vaste stoffen, waarbij deze uit zeer verschillende materialen kunnen bestaan. Het proces wordt bijzonder vaak gebruikt, bijvoorbeeld wanneer een bijzonder snelle en nauwkeurige verwerking vereist is. Hoe lasersnijden precies werkt, welke processen worden gebruikt en waar de voor- en nadelen liggen, komt u in het volgende te weten.

De belangrijkste feiten in het kort

  • Lasersnijden is een zogenaamd scheidend productieproces, dat ook wel laserstraalsnijden wordt genoemd.
  • Tegenwoordig kunnen met moderne lasertechnologieën bijna alle denkbare materialen worden gesneden, zoals metalen en organische materialen.
  • Bij het lasersnijden worden verschillende soorten lasers gebruikt, zoals CO2-lasers, vastestoflasers of vezellasers.
  • Hierbij wordt onderscheid gemaakt tussen verschillende methoden zoals 2D-lasersnijden, 3D-laserbewerking of laserstraalsnijden.

Wat is lasersnijden?

Zoals in het begin vermeld, is lasersnijden een scheidend productieproces. Verschillende vaste stoffen worden hier door middel van laserstraling doorgesneden. Er wordt onderscheid gemaakt tussen continue laserstraling en gepulseerde laserstraling door materiaalablatie. Met behulp van het proces kunnen tegenwoordig talrijke verschillende materialen zoals metalen of zelfs organische materialen worden gesneden. Dit vereist meestal slechts kleine aanpassingen, bijvoorbeeld in de intensiteit van de straling of de golflengte.

Lasersnijden wordt in veel verschillende gebieden en industrieën gebruikt. Meestal altijd wanneer complexe structuren snel en precies in vorm moeten worden gebracht. Lasersnijden wordt vooral gekenmerkt door de geringe kracht die voor de bewerking nodig is. Dit maakt dit proces een economischer methode dan bijvoorbeeld het traditionele stansen.

Lasertypes

Gerichte lasers met hoog vermogen worden gebruikt voor lasersnijden. Er zijn echter zeer verschillende soorten lasers in het geding. Bijvoorbeeld de CO2-laser, ook wel gaslaser genoemd, is bijzonder gangbaar. Intussen worden echter ook de zogenaamde ND:YAG-lasers of vastestoflasers en de bijzonder efficiënte vezellasers steeds meer gebruikt.

CO2 laser

CO2-lasers of gaslasers worden al vele decennia gebruikt en werden voor het eerst ontwikkeld in 1964. Naast vastestoflasers behoren CO2-lasers tot de krachtigste en tegelijkertijd meest gebruikte laserapparaten in de industrie. Het belangrijkste verschil met de vaste-stoflaser is dat deze laser werkt met een werkelijke kinetische moleculaire trilling. In de vastestoflaser daarentegen wordt dit gewaarborgd door de excitatie van elektronen in de atomen. Afhankelijk van de intensiteit van de laser zijn deze stralen geschikt voor het snijden van dunne en organische materialen zoals textiel, hout of kunststoffen. CO2-lasers worden echter ook gebruikt bij de bewerking van glas.

Nd:YAG laser (vaste stof laser)

De Nd:YAG laser werd ook al in 1964 ontwikkeld. De volledige naam is eigenlijk neodymium-gedoopte yttrium aluminium granaat laser. Een coole naam, zonder twijfel, maar ook een beetje “log”. Lasers van dit type zijn vastestoflasers die gebruik maken van een YAG-kristal met een kortere golflengte dan CO2-lasers. Dit maakt het mogelijk de laserstraal door een glasvezelkabel te leiden en niet afhankelijk te zijn van afbuigende spiegels. De Nd:YAG lasers worden onder andere gebruikt voor microboren, precisie snijden van plaatwerk, testen van materialen en zelfs in de geneeskunde.

Vezellaser

Strikt genomen is een vezellaser ook een vastestoflaser. In dit geval vormt de kern van een optische vezel het actieve medium. Door de straal door een laseractieve vezel te sturen, wordt deze door zijn grote lengte enorm verstoord. Daardoor hebben de fiberlasers unieke eigenschappen zoals een bijzonder lange levensduur, een vrijwel onderhoudsvrij ontwerp en een uitstekende straalkwaliteit. De vezellasers worden dan ook op tal van verschillende gebieden gebruikt. Bijvoorbeeld bij het lassen en snijden, maar ook voor medische doeleinden, voor het labelen van onderdelen of voor signaalregeneratie bij datatransmissie via glasvezel.

Hoe het werkt

Om te zien hoe een lasersnijder werkt, moeten we eerst de afzonderlijke onderdelen bekijken. Wij hebben de belangrijkste elementen van een lasersnijmachine hieronder opgesomd:

  • Laserstraal bron
  • Laserstraalgeleiding
  • Verwerkingskop (scherpsteloptiek)
  • Snijmondstuk

De laserstraal wordt gegenereerd door de lichtbron en op verschillende manieren naar de focusseeroptieken op het verwerkingspunt geleid, afhankelijk van het type laser. Is het bijvoorbeeld een CO2-laser, dan wordt dit werk gedaan door de zogenaamde afbuigspiegels. Bij een fiberlaser daarentegen wordt hiervoor een glasvezelkabel gebruikt. Identiek in beide gevallen is het feit dat de focusseeroptieken zorgen voor de bundeling van de laserstralen in één focus. Zo wordt uiteindelijk de intensiteit gegenereerd die nodig is voor het snijden van de materialen. Deze straal wordt uitgezonden via het snijmondstuk, dat in traditionele zin meestal van koper is gemaakt.

Lasersnijproces

Bij het lasersnijden kan een onderscheid worden gemaakt tussen verschillende snelle processen. Er zijn vooral verschillen in het type procesgas dat wordt gebruikt of met betrekking tot de mogelijke temperatuur aan het oppervlak van het respectieve materiaal. Afhankelijk van de aggregatietoestand van het materiaal spreken we bijvoorbeeld van laserstraal-fusiesnijden of laserstraal-vlamsnijden. Hieronder volgt een korte toelichting op de afzonderlijke procedures.

2D lasersnijden

2D-lasersnijden is bijzonder geschikt voor plaatvormige materialen. In dit geval kan met 2D-lasersnijden bijna elk materiaal tegen beheersbare kosten worden bewerkt. Vooral bij de bewerking van kleine series of kleine hoeveelheden kan dit proces zijn kracht tonen in vergelijking met conventionele processen.

3D-laserbewerking

3D-laserbewerking is een proces dat vooral wordt gebruikt wanneer absolute precisie vereist is. In dit geval wordt dus een complexe geometrie geproduceerd waarbij de maatnauwkeurigheid in geen geval mag verschuiven. In de regel bieden de machines voor 3D-laserbewerking ook ponsbewerkingen, zodat meerdere stappen in één bewerking mogelijk zijn. Dit proces wordt bijvoorbeeld gebruikt bij de productie van carrosserieschalen of bij de vervaardiging van driedimensionale openingen.

Buislasersnijden

Voor het zogenaamde buislasersnijden worden individuele lasersnijmachines gebruikt. Deze bieden het voordeel dat verschillende verwerkingsmethoden in één arbeidsgang kunnen worden gecombineerd. Dit maakt het mogelijk buizen van vrijwel elk type en elke vorm te bewerken. Deze omvatten rechthoekige of vierkante buizen, maar ook ronde en ovale versies.

Lasersublimatiesnijden

Als het materiaal een stof is zonder een bijzonder uitgesproken gesmolten toestand, wordt lasersublimatiesnijden gebruikt. In principe is het proces gebaseerd op de verdamping van het desbetreffende materiaal. Deze gaat rechtstreeks over van de vaste naar de damptoestand en slaat dus de gesmolten toestand over. Sublimatiesnijden is daarom bijzonder populair voor de verwerking van bijvoorbeeld vezelversterkte kunststoffen, leer, textiel of hout.

Laserstraal-vlamsnijden

Als ferrometalen moeten worden gesneden, is laservlamsnijden meestal de aangewezen methode. In dit geval wordt het materiaal niet gesmolten, maar verbrand. Daartoe wordt de desbetreffende stof op de ontbrandingstemperatuur gebracht. Het voordeel ten opzichte van lasersnijden is hier vooral de hogere snelheid. Bovendien zijn de snijkanten meestal volledig braamvrij.

Laserstraal fusie snijden

Het belangrijkste bij lasersmeltsnijden is het betreffende procesgas. Dit moet een zeer inert of inert gas zijn, dat de oxidatie van het desbetreffende materiaal moet voorkomen. Tegelijkertijd dient dit om de scherpsteloptiek tijdens het snijden te beschermen. In het verdere verloop vindt een smelting van het materiaal plaats, waarna de vloeistof wordt uitgeblazen. Dit proces wordt bijzonder vaak toegepast, bijvoorbeeld bij de bewerking van aluminiumlegeringen of roestvrij staal.

Scheuren

Een ander door laserstralen geïnduceerd scheidingsproces is het zogenaamde scribben. Krabbelen is een van de oudste processen in zijn soort. Het proces wordt bijvoorbeeld gebruikt om een krasmarkering te maken in vrij brosse materialen. Het desbetreffende materiaal wordt dan gebroken op basis van dit merkteken. Toepassingen zijn onder meer het snijden van glas of de verwerking van halfgeleiderwafers.

Thermische laserscheiding (TLS)

Thermische laserscheiding, kortweg TLS, kan ook worden gebruikt om materialen te scheiden. Bij dit proces ontstaan thermische spanningen op het materiaal langs de respectieve scheidingslijn. Op die manier wordt een thermisch geïnduceerde breuk tot stand gebracht. Dit proces wordt ook hoofdzakelijk gebruikt voor de bewerking van brosse materialen zoals keramiek, glas en halfgeleiderwafers.

Welke materialen kunnen gelaserd worden?

De ontwikkeling op het gebied van lasersnijden is de laatste jaren indrukwekkend geweest. Tegenwoordig is het gemakkelijk om met dit proces verschillende materialen te snijden en te graveren. Deze omvatten verschillende metalen zoals edele metalen, staal of roestvrij staal. Maar het is ook mogelijk om glas, keramiek, hout, textiel en leer te bewerken. Ook de verwerking van siliconen, ABS, polyester, acryl en tal van andere materialen.

  • Glas
  • Keramiek
  • Hout
  • Textiel
  • Aluminium
  • Staal
  • Roestvrij staal
  • Leer
  • Edele metalen
  • Acryl
  • Polyester
  • ABS
  • Silicone
  • uvm.

Alternatieven voor lasersnijden

Naast lasersnijden zijn er diverse andere mogelijkheden op het gebied van snijprocessen. Wij hebben hier de bekendste en meest traditionele alternatieven opgesomd.

Ponsen

Ponsen is een snijproces dat wordt gebruikt voor de productie van vlakke delen. Verschillende materialen zoals plaatmateriaal, textiel of karton komen hiervoor in aanmerking. Met behulp van een ponsmachine of een hamerkop worden de afzonderlijke ponsuitslagen gescheiden van de rest van het materiaal.

Knabbelend

Knabbelen is vergelijkbaar met slaan. Hier wordt echter geen pers of hamer gebruikt. In plaats daarvan wordt het werk gedaan door een ponsgereedschap, dat ook wel knabbelaar wordt genoemd. Deze kan in alle richtingen bewegen om complexe vormen uit te snijden en werd traditioneel met de hand bediend. Inmiddels worden echter ook elektrisch aangedreven gereedschappen gebruikt.

Waterstraalsnijden

Een zeer bekend alternatief voor lasersnijden is het zogenaamde waterstraalsnijden. In dit geval wordt een waterstraal onder hoge druk gegenereerd en wordt het materiaal bewerkt met toevoeging van een schuurmiddel. In de meeste gevallen is het schuurmiddel scherp snijzand. Dit procédé is bijzonder geschikt voor de bewerking van gehard staal, maar ook voor de bewerking van leer, steen of kunststoffen.

Gevaren van lasersnijden voor de gebruiker

Lasersnijden is niet geheel ongevaarlijk voor de gebruiker. Hierbij wordt onzichtbare laserstraling gebruikt, die soms met een adembenemend hoog vermogen wordt uitgezonden. Dit kan leiden tot schade aan huid en ogen, niet alleen bij direct contact, maar ook door verspreide of gereflecteerde delen van de straling. Met name bij Nd:YAG-lasers bestaat ook het risico dat oogschade niet wordt opgemerkt. Niet de lens wordt aangetast, maar het netvlies, zodat eventuele schade vaak pas na lange tijd merkbaar wordt.

Afhankelijk van het gebruikte materiaal moet ook aandacht worden besteed aan mogelijke gassen of dampen die tijdens de bewerking kunnen ontstaan. Om redenen van arbeidsveiligheid en milieubescherming moet de afzuiging daarom direct aan de desbetreffende snijspleet plaatsvinden.

Voordelen en nadelen van lasersnijden

Zoals elk snijproces heeft ook lasersnijden voor- en nadelen. Je kunt zien wat ze zijn in het volgende.

Voordelen

  • Hoge flexibiliteit dankzij eenvoudige aanpassingen
  • Geschikt voor kleine series en prototypes
  • Afhankelijk van het systeem kunnen talrijke materialen worden verwerkt
  • Zuiniger dan ponsen, dankzij hoge materiaalbenutting
  • Snijden en markeren vaak mogelijk met één bundelbron

Hoge flexibiliteit

Lasersnijden biedt een hoge mate van flexibiliteit. Vaak kunnen bijvoorbeeld snijden en markeren worden uitgevoerd met slechts één bundelbron. Aangezien aanvullende materialen vaak al na kleine aanpassingen kunnen worden verwerkt, is dit proces ook geschikt voor kleine series en prototypes.

Hoge economische efficiëntie

Een duidelijk voordeel van lasersnijden is ook de hoge kosteneffectiviteit in vergelijking met conventionele processen. De overtollige materialen kunnen worden vermeden. Tegelijkertijd worden bestaande materialen efficiënter gebruikt.

Installaties maken de verwerking van vele materialen mogelijk

Met systemen voor lasersnijden kunnen gewoonlijk verschillende materialen worden verwerkt. Dit maakt het mogelijk om verschillende klanten te bedienen en hen te voorzien van nauwkeurige snijmodellen.

Nadelen

  • De kosten voor de bouw van installaties kunnen hoog zijn
  • Intensieve gezondheids- en veiligheidsmaatregelen op het werk noodzakelijk
  • Potentieel hoog energieverbruik en gebruik van elektrische energie

De bouw van de installaties gaat gepaard met hoge kosten

Het opzetten van lasersnijsystemen vergt niet alleen een bepaalde hoeveelheid tijd. Ook de kosten zijn niet te verwaarlozen. Afhankelijk van de omvang en de functionaliteit kunnen de kosten verschrikkelijk zijn en moeten ze over meerdere jaren worden terugverdiend.

De veiligheid op het werk moet worden gewaarborgd

Lasersnijden is een proces dat bepaalde risico's met zich meebrengt. Daarom is het enorm belangrijk dat de veiligheid op het werk te allen tijde gewaarborgd is. Passende opleiding is noodzakelijk, en ook extra investeringen in arbeidsveiligheid en milieubescherming kunnen nodig zijn.

Hoge energiebehoefte

Afhankelijk van de gebruikte onderdelen is lasersnijden een zeer energie-intensief proces. De gasbehoefte voor het opblazen of voor het procesgas kan dus enorm hoog zijn. Bovendien kan voor de werking van de laserstraalbron een grote hoeveelheid elektrische energie nodig zijn.

Conclusie: Veelzijdig en nauwkeurig

Lasersnijden is een veel gebruikt proces voor het scheiden van verschillende materialen. De voordelen van dit proces zijn onder andere de lage kosten en de hoge benutting van het desbetreffende materiaal. Vooral in vergelijking met conventionele methoden zoals ponsen, presteert lasersnijden zo uitstekend. De bouw van industriële installaties gaat echter gepaard met enorme kosten. Het is van essentieel belang dat deze nauwkeurig worden berekend.

Veelgestelde vragen over lasersnijden

Stel uw lasersnij vragen als u hier niet vond wat u zocht. Na verloop van tijd breid ik de individuele FAQ secties uit op basis van de inzendingen.

Lasersnijden heeft een aantal voordelen ten opzichte van conventionele processen zoals ponsen en is bijvoorbeeld aanzienlijk economischer door maximale benutting van het materiaal. Daarnaast is lasersnijden ook geschikt voor zeer kleine series of prototypes.

Tegenwoordig kunnen bijna alle geometrieën en contouren worden bewerkt met lasersnijden. Speciale lasers kunnen vaak met kleine aanpassingen worden aangepast, zodat bijvoorbeeld naast ronde buizen ook ovale of vierkante buizen kunnen worden verwerkt.

De mogelijke snijbreedten voor lasersnijden zijn afhankelijk van het materiaal in kwestie. Met staal kunnen plaatdiktes tot ongeveer 40 mm worden verwerkt. Voor roestvrij staal is dat tot 50 mm, voor aluminium tot 25 mm.

Voor het snijden en graveren van metalen is al een relatief laag uitgangsvermogen van 20 watt in een fiberlaser nodig. Belangrijker is dat het piekvermogen van de pulsen in het kilowattbereik ligt en dat de afzonderlijke pulsen enorm kort zijn.

Niet alle materialen zijn geschikt voor lasersnijden. Vanwege de verschillende ingrediënten en de daarmee gepaard gaande vorming van gassen en stof gaat het bijvoorbeeld om leer en kunstleer met chroom, koolstofvezels, polyvinylbutyral of materialen die halogenen bevatten. Ook met materialen als nikkel, lood, mangaan of chroom is ten minste verhoogde voorzichtigheid geboden.

Verdere adviseurs: