Laser snijden van metalen volgt doorgaans een vierstapsproces dat behoorlijk fascinerend wordt als we het ontrafelen. Het hele proces begint met een laserresonator die een krachtige straal creëert, die daarna wordt versterkt met behulp van CO2-gasmengsels of speciale vezeloptische kabels. Wat er vervolgens gebeurt is vrij opmerkelijk. Zeer nauwkeurige lenzen concentreren deze straal tot iets kleiners dan een haar, ongeveer 0,1 mm in doorsnede. Bij deze intensiteiten bereikt de vermogensdichtheid meer dan 10 miljoen watt per vierkante centimeter, voldoende om koolstofstaal binnen een halve milliseconde te laten smelten, volgens recent onderzoek uit het Journal of Manufacturing Processes. Om het werk af te ronden, blazen assistentiegassen zoals zuurstof of stikstof het gesmolten metaal weg, waardoor uiterst nauwe sneden mogelijk zijn. We spreken over snedebreedtes zo klein als 0,15 mm, zelfs in 3 mm dikke roestvrijstalen platen.
Vijf kernsystemen werken samen om precisie en efficiëntie te garanderen:
Deze integratie maakt snijsnelheden mogelijk tot 60 m/minuut op 1 mm zacht staal terwijl ±0,05 mm toleranties worden gehandhaafd—essentieel voor hoogwaardige auto- en luchtvaartcomponenten.
De metaalbewerkingsindustrie werkt tegenwoordig voornamelijk met drie hoofdsoorten lasers: CO2-, vezel- en kristalgebaseerde systemen. CO2-lasers zijn vrij goed in het verwerken van dikker niet-ferro metaal, omdat ze gas gebruiken voor excitatie. Vezellasers hebben een groot deel van de markt overgenomen voor werk aan dunne tot middelmatige plaatstaal, omdat ze het diodelicht versterken via optische vezels. Volgens de nieuwste cijfers uit het Industrial Laser Report van 2024 kunnen vezellasers ongeveer twee tot drie keer sneller door 3 mm roestvrij staal snijden in vergelijking met traditionele CO2-opstellingen. Kristallasers, waaronder Nd:YAG-modellen, zitten vooral in zeer specifieke niche-applicaties zoals het snijden van titaan, maar deze systemen kennen tegenwoordig nauwelijks nog groei, voornamelijk omdat ze veel onderhoud en beheer vereisen.
Vezellasers bieden duidelijke voordelen:
| Prestatiemetrica | Fiber Laser | Co2 laser |
|---|---|---|
| Snelheid bij snijden (1 mm staal) | 25 m/min | 8 m/min |
| Energiekosten/maand* | $1,200 | $3.500 |
| Hulp gasverbruik | 15% lager | Standaard |
*Gebaseerd op een 500kW systeem, 24/5 werking
Voor fabrikanten die metalen bewerken tot minder dan 20mm, leveren vezellasers een terugverdientijd van 18–24 maanden door verminderde verbruiksartikelen en 94% uptime (2024 Metalenbewerkings economisch onderzoek). Hoewel CO2-systemen nog steeds geschikt zijn voor werkplaatsen met gemengde materialen die werken met acryl of hout, verbruiken zij 50–70% meer energie per metalensnede.
Lasersnijden werkt het beste met metalen die warmte consistent geleiden en laserenergie op voorspelbare snelheden absorberen. Materialen zoals roestvrij staal, aluminium, zacht staal, messing en koper vallen in deze categorie. Roestvrij staal valt op omdat het niet gemakkelijk corrodeert, wat verklaart waarom het zo veel wordt gebruikt in medische apparatuur en voedingsmachines waar schoonheid belangrijk is. Aluminiums lichte gewicht heeft het tot een populaire keuze gemaakt voor vliegtuigen en auto's, waarbij het besparen van ounces echt uitmaakt voor de prestaties. Messing en koper worden minder vaak met lasers gesneden, maar spelen desalniettemin belangrijke rollen in elektrische systemen, ondanks de hoofdpijn die ze kunnen veroorzaken. Deze metalen reflecteren de laserstraal vaak, waardoor operators speciale apparatuur en technieken nodig hebben om schone sneden te maken zonder het omliggende gebied te beschadigen.
| Metaalsoort | Typische diktebereik | Belangrijkste toepassingsgebieden |
|---|---|---|
| Roestvrij staal | 0,5–25 mm | Medische apparatuur, voedingsmachines |
| Aluminium | 0,5–20 mm | Auto-onderdelen, koellichamen |
| Koper | 0,5–8 mm | Printplaten, warmtewisselaars |
Bij het werken met koper- en messingmaterialen is er een groot probleem, omdat zij meer dan 90 procent van de infraroodlaserenergie reflecteren. Deze reflectie kan de laser zelfs beschadigen als deze niet correct wordt afgehandeld. Daar komen vezellasers om de hoek kijken. Deze presteren beter omdat ze werken met een kortere golflengte van ongeveer 1.060 nanometer en beschikken over iets dat adaptieve vermogensmodulatie heet, wat helpt om het proces te beheersen. Neem als voorbeeld het snijden van koperplaten van 2 mm dikte. Dit vereist pulsnelheden van meer dan 500 Hz en stikstgasbevordering om oxidatie tijdens het snijden te voorkomen. Hoewel al deze extra stappen betekenen dat er ongeveer 15 tot 20 procent meer energie wordt verbruikt dan bij het snijden van staal, vinden de meeste fabrikanten het de moeite waard om de nauwkeurigheid te behouden en hun kostbare apparatuur te beschermen.
De dikte van het te bewerken materiaal heeft een grote invloed op de snelheid waarmee we het kunnen snijden en het energieverbruik tijdens het proces. Bijvoorbeeld, bij zacht staal van 5 mm werken snelheden van ongeveer 8 meter per minuut goed. Maar bij dikker staal van 20 mm moeten operators de snelheid aanzienlijk verlagen tot ongeveer 1,2 m/min, puur om die vervelende vervorming aan de randen te voorkomen. Wat mensen vaak over het hoofd zien, is de voorbereiding van het oppervlak. Roestplekken of onregelmatige coatings kunnen de laserbundel zelfs tot een halve millimeter doen afwijken, wat later allerlei problemen met afmetingen kan veroorzaken. Het reinigen van deze oppervlakken vooraf maakt echter al een groot verschil. Brongegevens tonen aan dat deze eenvoudige stap de snijconsistentie ongeveer 30 procent verbetert en ook de vervelende slakvorming verminderd, wat het nabewerkingsproces bemoeilijkt.
Fiber lasers kunnen materialen snijden met snelheden die ongeveer drie keer zo hoog zijn als die van traditionele CO2-systemen, terwijl toleranties binnen ongeveer 0,1 mm worden gehouden op lastige materialen zoals roestvrijstaalplaten en aluminiumplaten. De solid-state opbouw van deze lasers zorgt ervoor dat ze ongeveer 30 procent efficiënter werken qua energieverbruik. Deze efficiëntie leidt tot schonkere sneden waarbij het materiaal eigenlijk smelt in plaats van verbrand wordt, en er is veel minder warmte die het omliggende gebied beïnvloedt. Als we kijken naar echte getallen van productielocaties over het land, melden bedrijven besparingen van 18 tot 22 cent per onderdeel gemaakt van metalen met een dikte van minder dan 25 mm. Geen wonder dat zoveel plaatbewerkingsbedrijven tegenwoordig overstappen op fiberlasertechnologie voor hun bulkproductiebehoeften.
Een groot bedrijf in de auto-industrie wist de productietijd van chassisonderdelen bijna te halveren door over te stappen op fiberlasers van 6 kW voor het verwerken van koolstofstaalplaten van 2 tot 8 mm. Indrukwekkend is ook dat deze nieuwe systemen vrijwel geen nabewerking meer vereisten, omdat ze schone sneden opleverden zonder aanwas van slak. Het oppervlak kreeg een gemiddelde ruwheid van ongeveer Ra 3,2 micrometer, wat vrij glad is. Voor fabrikanten die worstelen met strakke planning, maakt dit soort precisie echt het verschil, vooral nu autofabrikanten steeds strengere eisen stellen voor elektrische voertuigen, waarbij elk gram telt en de toleranties uiterst nauwkeurig moeten zijn.
Steeds meer lucht- en ruimtevaartbedrijven zijn begonnen met het gebruik van vezellasers bij het werken met aluminium structurele onderdelen zoals die gebruikt worden voor vleugelribben en gedeelten van rompen gemaakt van 7075-T6 legering. De reden? Deze lasers werken bij ongeveer 1.070 nm golflengte, wat helpt bij het verminderen van problemen met materiaalreflectie. Dit betekent dat ze door platen van 10 mm dikte kunnen snijden met een constante snelheid van ongeveer 15 meter per minuut, terwijl de diktevariaties onder 0,5% blijven. Kijkt u naar recente trends, dan bevatten bijna 9 van de 10 nieuwe vliegtuigontwerpen tegenwoordig een of ander onderdeel van gelaserd aluminium. Daardoor is het beschikken over goede vezellasersystemen vrijwel essentieel geworden voor fabrikanten die willen voldoen aan de strikte kwaliteitseisen van AS9100, die gangbaar zijn in de lucht- en ruimtevaartindustrie.
Stikstof fungeert als een inert hulp gas bij drukken tussen 12 en 20 bar om de corrosiebestendigheid van het materiaal te behouden. Wanneer dit gebeurt, wordt oxidatie voorkomen en ontstaan er schone snijkanten, waardoor deze onderdelen ideaal zijn voor toepassingen zoals medische apparatuur of componenten gebruikt in de voedingsindustrie. Neem bijvoorbeeld 304 kwaliteit roestvrijstaal met een dikte van 6mm. Met een 2kW vezellaser die werkt rond 10 tot 12 meter per minuut, zien we doorgaans een warmtebeïnvloede zone van niet meer dan 0,1mm. Volgens recent onderzoek gepubliceerd in het Metalen Bewerkingsrapport 2024 kan het overschakelen van zuurstofgebaseerde methoden naar stikstofondersteuning de extra nabewerkingskosten ongeveer met een derde verminderen. Enkele belangrijke parameters om op te letten zijn:
Het hoge reflectievermogen van aluminium (85–92% bij een golflengte van 1µm) vereist gepulste lasermodi om straalvervorming te voorkomen. Een 4 kW vezellaser snijdt 8 mm 6061-T6 aluminium met een snelheid van 15 m/min met behulp van gecomprimeerde lucht van 6–8 bar. Om de thermische geleidbaarheid te beheersen:
Deze aanpak garandeert een nauwkeurigheid van ±0,05 mm, ideaal voor precisie-onderdelen zoals autobatterijplaten.
Snijden met zuurstof is de standaardmethode voor koolstofstaal van meer dan 3 mm, waarbij de exotherme reactie de snijsnelheid met tot 40% verhoogt. Voor 10 mm S355JR staal bij 3 kW bereikt men snelheden van 8–10 m/min. Echter, te veel oxidatie kan slak onderaan veroorzaken. Effectieve oplossingen zijn:
Voor structurele componenten zoals I-balken, helpen hybride methoden die zuurstofsnel met stikst afwerkpasses combineren, voldoen aan de ISO 9013-standaard voor maatnauwkeurigheid en snedekwaliteit.
Lasersnijden is een precisieproces waarbij een krachtige laserstraal wordt gebruikt om materiaal te smelten, verbranden of verdampen voor het snijden.
Vezellasers bieden hogere precisie, betere energie-efficiëntie en lagere onderhoudskosten in vergelijking met CO2-lasers.
Metalen zoals roestvrij staal, aluminium, zacht staal, messing en koper zijn geschikt voor lasersnijden vanwege hun warmtegeleiding en vermogen om laserenergie te absorberen.
De materiaaldikte beïnvloedt de snelsnelheid en het stroomverbruik. Dikkere materialen vereisen vaak langzamere sneed snelheden om vervorming van de randen te voorkomen.
EN
Hot News
