Laserschneiden: Der ultimative Leitfaden für 2023

Wenn du noch nicht viel über verschiedene Arten des Laserschneidens, kompatible Materialien und die Vor- und Nachteile des Schneidens mit einem Lasercutter weißt, bist du hier genau richtig. In diesem Artikel stellen wir das Laserschneiden vor und besprechen alles im Detail. Außerdem stellen wir dir eine großartige Lasercutter-Maschine vor, die du für kleine Projekte verwenden kannst.

Beginnen wir mit der Einführung in das Laserschneiden.

Was ist Laserschneiden und wie funktioniert es?

Unter Laserschneiden versteht man das Trennen von Materialien und Objekten mit einem leistungsstarken und extrem fokussierten Laser.

Mit Lasern können verschiedene Prozesse durchgeführt werden, z. B. Gravieren, Markieren, Schneiden und andere Prozesse, die eine physikalische Veränderung von Materialien beinhalten. Schneiden unterscheidet sich von den meisten anderen Laserverfahren dadurch, dass das Material in Stücke geschnitten wird. Dabei wird ein Stück des Objekts durch Verdampfen des Materials entfernt.

Die Laserstrahlen kommen aus einer Quelle und bestehen aus einer einzigen Wellenlänge elektromagnetischer Strahlung. Die Strahlung kann für das Auge unsichtbar sein, wie z.B. die Infrarot-Strahlung bei CO2-Lasern. Dann werden die Strahlen durch verschiedene Umlenkspiegel und Reflektoren geleitet, bevor sie durch eine Sammellinse (Konvexlinse) gelenkt werden.

Nachdem sie die konvexe Linse passiert haben, werden die Strahlen stark gebündelt und laufen in einem einzigen Punkt mit einem Durchmesser von Bruchteilen eines Millimeters zusammen. Die Strahlen werden von einem sich schnell bewegenden Gas begleitet, bei dem es sich in der Regel um Stickstoff oder Sauerstoff handelt. Dann tritt der Laser aus einer Düse aus und kann das Material mit hoher Energie treffen. Durch den starken Fokus ist der Laser extrem leistungsstark und eignet sich zum Schneiden, Gravieren und Markieren.

Die Laserstrahlen und ihr Konvergenzmechanismus sind im Lasermodul integriert. Dieses Modul wird durch eine numerische Computersteuerung (CNC) bewegt und gelenkt. Daher wird das Verfahren auch als CNC-Laserschneiden bezeichnet. Das Computerprogramm bewegt den Laserkopf je nach Anforderung.

Die Stelle, an der die Laserstrahlen auftreffen, wird einer extremen und sehr intensiven Energie ausgesetzt. Die Temperatur des Materials erhöht sich innerhalb von Millisekunden und das Material wird in kürzester Zeit verdampft. Die Laserstrahlen durchdringen dabei das Objekt und schneiden es je nach Anforderung. Sind die Laserstrahlen stark genug, können sie das Material in einem Durchgang schneiden, ansonsten sind mehrere Arbeitsgänge erforderlich. Das Material wird teilweise oder ganz in Stücke geschnitten.

Vielleicht fragst du dich, wie ein Laser das Material direkt verdampfen kann. Dabei handelt es sich um Sublimation, einen Prozess, bei dem ein Material vom festen in den gasförmigen Zustand übergeht, ohne davor den flüssigen Zustand zu durchlaufen. Der Laser erhitzt das Material so stark, dass es innerhalb von Millisekunden die Verdampfungstemperatur erreicht. Dann beginnt das Material zu verdampfen und verschwindet aus dem Blickfeld.

Arten von Lasercuttern

Es ist wichtig, die verschiedenen Arten von Laserschneidern zu kennen, da sie für unterschiedliche Materialien verwendet werden. Der Lasertyp bestimmt, welche Art von Materialien geschnitten und bearbeitet werden können.
Lasercutter werden je nach Laserart in unterschiedliche Typen eingeteilt:

1. CO2-Lasercutter
2. Festkörper-Lasercutter (kristalline oder Faserlaserschneider)
3. Diodenlaserschneider (Halbleiterlaserschneider)

CO2 Lasercutter

CO2-Laserschneider sind im Vergleich zu anderen Typen am weitesten verbreitet, weil sie weit verbreitete Materialien wie Holz, Acryl, Kunststoff, Glas, Leder und Schaumstoffe schneiden können. Ihr Spezialgebiet ist auch das Gravieren von Materialien. Außerdem sind sie effizient und viel günstiger als andere Typen.

Beim CO2-Laser wird der Laserstrahl in einer Gasröhre erzeugt, die ein Gasgemisch enthält. Der größere Teil des Gases ist CO2. Die Röhre ist komplett versiegelt und an den Enden sind zwei Elektroden angeschlossen.

Wenn zwischen den Elektroden ein hoher Spannungsunterschied entsteht, beginnen sich die positiven Kerne und Elektronen in bestimmte Richtungen zu bewegen. Durch die Freisetzung der hohen Energie der Atome werden Laserstrahlen erzeugt. Die Strahlen werden dann mit Spiegeln und Reflektoren reflektiert und mit einer konvexen Linse gebündelt. Ein sich schnell bewegendes Gas begleitet die Laserstrahlen.

Die von CO2-Lasern ausgehende Strahlung ist unsichtbar, da sie im Infrarotbereich liegt. Sie können auf nichtmetallischen Werkstoffen wie Holz, Kunststoff und Glas eingesetzt werden und schneiden und gravieren, da der Laser im Vergleich zu anderen Typen nicht sehr leistungsstark ist.

Hier findest du einen CO2-Lasercutter als Beispiel.

Kristalline Laserschneider

Kristalline Laserschneider können in zwei Typen unterteilt werden. Sie können entweder d:YVO (Neodym-dotiertes Yttrium-Ortho-Vanadat) oder nd:YAG (Neodym-dotiertes Yttrium-Aluminium-Granat) verwenden.

Diese Laserschneider sind so leistungsstark, dass ihre Komponenten nicht sehr langlebig sind. Sie können etwa 10000-15000 Stunden lang verwendet werden, bis die Pumpdioden ausgetauscht werden müssen. Die Anschaffungskosten sind hoch und im Vergleich zu anderen Arten von Laserschneidern musst du die Teile häufig ersetzen. Entsprechend hoch sind die Gesamtkosten.

Die Strahlen haben eine Wellenlänge von 1,064 Mikrometern, was viel kleiner ist als bei CO2-Laserschneidern. Deshalb ist der Laserstrahl auch leistungsfähiger und intensiver.

Diese Laserschneider sind sowohl für Metalle als auch für nichtmetallische Werkstoffe geeignet. Darüber hinaus können sie auch für Keramik verwendet werden. Dank der hohen Leistung werden Metalle schnell geschnitten.

Faserlasercutter

Faserlaserschneider sind fortschrittlicher als CO2-Lasercutter, denn sie sind mit der neuesten Technologie ausgestattet. Daher sind sie auch sehr teuer.

Die Basis ist ein Seedlaser, in dem ein Laser mit geringer Leistung durch eine Reihe von Dioden erzeugt und dann verstärkt wird. Faserlaser verwenden zur Verstärkung Glasfasern, so dass die resultierenden Laserstrahlen 100 Mal intensiver sind als CO2-Laserstrahlen. Die Strahlen des Lasers haben eine Wellenlänge von 1,064 Mikrometern.

Diese Laserschneider sind wartungsarm und haben eine längere Lebensdauer. Aufgrund der Energieintensität der Laserstrahlen können sie problemlos Metalle wie Edelstahl, Kupfer und Aluminium schneiden.

Faser-Lasercutter sind sehr effizient. Tatsächlich sind sie fast viermal so effizient wie CO2-Laserschneider. Der Grund für die hohe Effizienz ist die Verwendung von Glasfasern, die 75% der Energie in Laserstrahlen umwandeln und so den Leistungsverlust verringern. Faserlaser sind deshalb leistungsstärker als CO2-Laser mit der gleichen optischen Nennleistung. Außerdem schneiden sie Materialien mit höherer Geschwindigkeit.

Diodenlaser

Diodenlaser werden auch Halbleiterlaser genannt, weil Dioden aus Halbleitern bestehen. Wie der Name schon sagt, werden bei dieser Art von Lasern Dioden zur Erzeugung von Laserstrahlen verwendet.

Die hierfür verwendeten Dioden unterscheiden sich von gewöhnlichen Dioden. Sie haben eine spezielle Schicht, die hochenergetische Photonen abgibt, die zu einem Laser verstärkt werden.

Die Funktionsweise dieser Laser ist ziemlich einfach. Die Diodenbänke senden Laserstrahlen aus, die dann mit Hilfe eines Reflektors gelenkt werden. Wenn sich mehrere Diodenlaser in einem Modul befinden, werden alle Strahlen mithilfe einer konvexen Linse gebündelt. Nachdem sie die konvexe Linse verlassen, sind sie sehr zielgerichtet und fokussiert und können Objekte schneiden und gravieren.

In Diodenmodulen werden auch Luftunterstützer verwendet. Sie sorgen für einen Hochdruckluftstrom, der Rauch und Ablagerungen vom Objekt wegbläst. Denn wenn die Laserstrahlen auf das Objekt treffen, entstehen Rauch und Ablagerungen.

Die Ablagerungen sollten mit Hochdruck gereinigt werden, um die Brandgefahr zu verringern. Der Rauch kann unter anderem dazu führen, dass sich das zu schneidende oder zu gravierende Objekt verfärbt und er blockiert den Weg des Lasers und verringert seine Leistung. Daher ist eine Laserhilfe notwendig.

Diodenlaser sind sehr beliebt und werden häufig eingesetzt. Sie werden häufig für Heimwerkerprojekte und die Herstellung verschiedener Produkte verwendet und eignen sich hervorragend zum Schneiden von Holz, Acryl in verschiedenen Farben und einigen anderen Materialien. Sie können außerdem Holz, Stahl, Leder, Glas, Gummi, Acryl, Pappe, Keramik usw. gravieren.

Die Materialien zum Schneiden sind begrenzt, weil Diodenlaser nicht so leistungsstark sind wie andere Lasertypen. Normalerweise liegt die optische Leistung des Lasers bei 10W oder weniger; wir haben jedoch mit 20W das leistungsstärkste Diodenlasermodul der Welt auf den Markt gebracht.

Normalerweise sind sie nicht für durchscheinende und reflektierende Materialien wie Metallen geeignet. Du kannst sie also nicht zum Schneiden von Metall verwenden. Sie eignen sich jedoch hervorragend zum Schneiden von Holz und Acryl für kleine Projekte. Aufgrund der geringen Leistung ist auch die Geschwindigkeit geringer als bei anderen Lasertypen.

Dafür sind diese Laser sehr kompakt und leicht. Sie sind viel erschwinglicher als andere Lasertypen, weshalb sie weit verbreitet sind. Meistens werden sie an verschiedenen Maschinen angebracht, die über CNC (Computer Numerical Control) gesteuert werden.

Die Lebensdauer von Diodenlasern ist außerdem länger als die anderer Lasertypen. Deshalb werden sie bevorzugt in Startups und kleinen Unternehmen eingesetzt. Sie werden in der Regel für die Gravur von Ringen, Zuhaltungen, Medaillons und verschiedenen anderen Gegenständen verwendet. Holz und Acryl lassen sich mühelos schneiden. Daher können sie auch zum Bearbeiten und Fertigen von kleinen Möbeln wie Holztischen oder Stühlen verwendet werden.

Welche Materialien kann ein Lasercutter schneiden?

Es gibt eine breite Bandbreite von Materialien, die mit Lasercuttern zerschnitten werden können. Die Laserstrahlen sind stark genug, um den Kontaktbereich zu verdampfen. Wenn diese stark gebündelten Strahlen auf ein Objekt gerichtet werden, steigt die Temperatur schnell an und der Schnitt erfolgt fast augenblicklich.

Viele gängige Materialien können mit dem Laser geschnitten werden. Einige von ihnen sind:

* Holz
* Metalle (Messing, Stahl, Kupfer,     Aluminium, etc.)
* Metallfolien
* Plastik
* Acryl (eine Art von Kunststoff)
* Leder Schaumstoff
* Keramik
* Papier und Pappe
* Kork
* Gummi Polyethylen
* Lebensmittel
* Stoff Polyester

Vor- und Nachteile von Lasercuttern

Vorteile

Laserschneiden hat viele Vorteile, weshalb Lasercutter im Vergleich zu anderen Schneidgeräten weit verbreitet sind.

Schneidet eine Vielzahl von Materialien: Lasercutter können eine große Bandbreite an Materialien schneiden. Je nach Typ kannst du fast alles schneiden. Sie können Metalle schneiden, darunter Kupfer, Aluminium, Edelstahl, Eisen und Edelmetalle. Aber auch nichtmetallische Materialien wie Glas, Kunststoff und Holz lassen sich damit bearbeiten. Es gibt also eine große Auswahl an Werkstoffen, die mit Lasercuttern geschnitten werden können.

Hohe Präzision: Die Präzision von Lasercuttern ist hoch, weil die Strahlen extrem fokussiert sind. Der Durchmesser des Lasers beträgt nur einen Bruchteil eines Millimeters. Durch die stark fokussierten Strahlen ist die Schnittfugenbreite sehr schmal und auch komplexe Schnitte können perfekt ausgeführt werden.

Schnelles Schneiden: Laserstrahlen sind sehr energiereich, so dass sie die Temperatur der Materialien in kürzester Zeit erhöhen. Der Werkstoff erreicht die Verdampfungstemperatur innerhalb von Millisekunden und wird schnell geschnitten. Projekte können deshalb mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden. und es geht viel schneller als CNC-Fräsen.

Glatte Kanten: Da die Laserstrahlen sehr fein sind, sind die Kanten glatt. Es ist nicht nötig, die Ränder abzuschleifen, damit sie glatt werden.

Verlässlich: Die Lasertechnologie ist beim Schneiden zuverlässiger und die Systeme funktionieren lange Zeit und mit großer Genauigkeit. Du kannst mehrere Projekte gleichzeitig starten. Der Laser muss während des Prozesses nicht gewechselt werden, da er sich nicht wie ein Bohrkopf abnutzt. Es gibt fast keine Fehler oder unerwartete Verzögerungen.

Weniger Schmutz: Die Strahlen des Lasers sind ultrafein, sodass die Schnittfugenbreite minimal ist. So entfernen die Laserstrahlen eine vernachlässigbare Materialmenge und verursachen keine große Unordnung. 

Nachteile

Hoher Stromverbrauch: Der erste Nachteil ist der hohe Stromverbrauch der Laserschneidmaschine. Du denkst vielleicht, dass ein 10W Laser keine Energie verbraucht. Diese 10W entsprechen jedoch der optischen Leistung des Lasers. Die elektrische Eingangsleistung des Lasers ist höher. Außerdem verbraucht die Maschine selbst auch viel Strom. Insgesamt sind es etwa 100 Watt oder mehr.

Schadstoffemissionen: Einige Materialien, wie z. B. Kunststoff, erzeugen giftige Dämpfe, wenn sie dem Laser ausgesetzt werden. Diese Gase sind gesundheitsschädlich. Der Bereich, in dem der Laser eingesetzt wird, sollte daher gut belüftet sein, um solche Dämpfe zu vermeiden.

Verbrannte Kanten: Laserstrahlen sind sehr energiereich und können die Kanten des Werkstücks beim Schneiden versengen. Das Objekt kann so auch verfärbt werden.

Menschliche Beteiligung: An der Arbeit mit einem Lasercutter sind auch Menschen beteiligt. Es ist wichtig, dass alle Sicherheitsstandards eingehalten werden. Manchmal muss die Maschine repariert werden, und bei unsachgemäßer Bedienung besteht ein hohes Risiko. Es kann zu schweren Verbrennungen kommen, wenn ein Kontakt mit dem Laser besteht.

Der beste Lasercutter für kleine Unternehmen

Das xTool D1 ist eine hochpräzise und leistungsstarke Laserschneid- und Graviermaschine. Sie ist perfekt für Heimwerkerprojekte, Hobbyisten, Profis und kleine Unternehmen. Mit der leistungsstarken Lasertechnologie lassen sich verschiedene Materialien in einem Durchgang schneiden. Das Besondere an diesem Gerät ist, dass es so kompakt wie ein herkömmlicher Drucker ist.

Das xTool hat 10W und 5W Lasermodule, zwischen denen du wählen kannst. Außerdem hat xTool das leistungsstärkste Lasermodul der Welt vorgestellt, ein 20W Modul, das ebenfalls am xTool D1 befestigt werden kann. Das 10W Lasermodul enthält zwei Laser, die mit Spiegeln kombiniert und mit einer konvexen Linse fokussiert werden. Dadurch wird der Laserstrahl intensiver und leistungsstärker.

Der Laserstrahl ist mit einem Durchmesser von nur 0,08 x 0,08 mm haarfein. Er bietet eine hohe Genauigkeit und erzeugt einen feineren und glatteren Schnitt. Dank der hochfokussierten Strahlen ist die Schnittfugenbreite minimal, so dass es fast keinen Verschnitt gibt.

Der leistungsstarke Laser schneidet 10mm Sperrholz und 5mm Acryl in einem Durchgang und mit besonderer Präzision und Perfektion. Er kann mit mehr als 300 Materialien verwendet werden, so dass du eine große Auswahl an Materialien zum Gravieren und Schneiden hast.

Das xTool D1 ist einfach zu bedienen, denn es ist einsteigerfreundlich und erfordert keine Vorkenntnisse oder teure technische Voraussetzungen. Es wird mit Laserbox Basic betrieben - einer einfachen Software, die auf Windows, macOS, Android und iOS läuft. Außerdem ist es für professionelle Gravuren mit LightBurn kompatibel. Für Laserunternehmen ist das xTool D1 perfekt. Es ist günstig und mit verschiedenen Aufsätzen erhältlich. Das Lasermodul kann bei Bedarf einfach ausgetauscht oder aufgerüstet werden. Du kannst ganz einfach Geld verdienen, indem du deine eigenen Produkte durch Laserschneiden und -gravieren herstellst.

Lasercutter FAQ

Können Laser Metalle zerschneiden?

Ja, Lasercutter können Metalle schneiden, aber nicht alle Arten sind dazu in der Lage. CO2-Laser können keine Metalle schneiden, da sie nicht leistungsstark genug sind. Faserlaserschneider und Kristalllaserschneider können jedoch verschiedene Arten von Metallen schneiden.

Ist Laserschneiden sicher?

Es sind besondere Vorsichts- und Sicherheitsmaßnahmen erforderlich. Während des Betriebs greifen die im Lasercutter integrierten Sicherheitsvorkehrungen. Sie sind also sicher in der Anwendung. Einige Materialien wie Kunststoff erzeugen jedoch giftige Dämpfe, daher sollte eine Absauganlage vorhanden sein.

Verursachen Lasercutter Gerüche?

Laserschneider an sich haben keinen Geruch, aber manche Materialien erzeugen Gerüche, Rauch, Dämpfe und Partikel. Materialien wie Kunststoff können einen giftigen Dampf erzeugen, der für Menschen schädlich ist. Deshalb müssen beim Schneiden solcher Materialien Sicherheitsmaßnahmen getroffen werden.

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