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Industrie

Zukunftsträchtige Lasertechnik: Über ihren Einsatz in der Industrie

Lasertechnik ist in vielen Bereichen der Industrie nicht mehr wegzudenken und wird beim Schweißen, Löten, Schneiden sowie bei anderen Vorgängen eingesetzt. Warum Lasertechnik in der Industrie längst der neue Standard ist, welche Lasertypen es gibt und weitere Informationen zu diesem Thema findet man hier.

Wissenswertes zur Lasertechnik für die Industrie

In der Industrie kommt Lasertechnik im Zusammenhang mit ganz unterschiedlichen Fertigungstechniken zum Einsatz. Der große Vorteil dieser Technologie ist die hohe Präzision, mit der Arbeiten ausgeführt werden können. Typische Aufgaben, welche Laser zuverlässig und präzise bewerkstelligen, sind das Umformen, Fügen, Trennen, und Beschichten. Ebenso können mit Hilfe von Lasern Stoffeigenschaften geändert werden. Allerdings ist Laser nicht gleich Laser, denn auch hierbei zeigen sich deutliche Unterschiede hinsichtlich der genutzten Technologie und der Funktionsweise. Im Folgenden werden die drei gängigsten Arten vorgestellt.

Verschiedene Lasertypen und was sie auszeichnet

CO2-Laser

CO2-Laser gehören zu den beliebtesten Lasertypen überhaupt. Kein Wunder, denn sie haben einen relativ hohen Wirkungsgrad und weisen eine hohe Strahlqualität auf. Im Fokus steht dabei ein Kohlendioxid-Gasgemisch – der CO2-Laser gehört also zu den Gaslasern. Diese Mixtur wird elektrisch angeregt, wodurch sich eine Wellenlänge von 10,6 Mikrometern ergibt. CO2-Laser werden vorrangig zum Bearbeiten von nicht-metallischen Materialien verwendet – von Holz über Glas bis hin zu Stein. Aber auch die meisten Kunststoffe können damit in Form gebracht werden. Insbesondere für das Bearbeiten von Metallen eignen sich jedoch andere Lasertypen besser.

Faserlaser

Bei Faserlasern handelt es sich um Festkörperlaser, deren aktives Medium aus einem Festkörper besteht (Glas oder Kristall). Faserleser sind sehr kompakt gebaute Geräte mit einem unempfindlichen und dadurch wartungsarmen Aufbau. Das hat im Vergleich zu anderen Geräten den entscheidenden Vorteil, dass Betriebsabläufe weniger störungsanfällig sind. Außerdem verfügen Faserlaser über eine gute Kühlung. Weitere Vorteile dieser Laser, die eine Wellenlänge von 1,064 Mikrometern erzielen, sind die Stabilität, eine hohe Strahlqualität und Leistung.

Insbesondere beim Lasermarkieren macht sich die hohe Strahlqualität bezahlt: Selbst feinste Beschriftungen oder hochauflösende Bilder können präzise umgesetzt werden. Auch in Sachen Energieeffizienz überzeugt der Faserlaser. Ein Nachteil hingegen ist der hohe Anteil verstärkter spontaner Emission. Außerdem ist die Spitzenleistung aufgrund des kleinen Querschnitts der Faser begrenzt.

Kristalllaser

Eine weitere Festkörper-Laservariante sind Kristalllaser. Sie verfügen über eine Wellenlänge von 1,064 Mikrometern. Innerhalb dieser Kategorie gibt es verschiedene Typen – darunter die beliebten Nd:YAG- und Nd:YVO-Laser. Nd:YAG ist die Abkürzung für Neodym-dotiertes Yttrium-Aluminium-Granat, Nd:YVO steht wiederum für Neodym-dotiertes Yttrium-Ortho-Vanadat. Hier kommt also das Dotierungselement Neodym zum Einsatz. Der Nd:YAG-Laser wird beim Bohren, Schweißen, Schneiden von Blechen, in der Werkstoffprüfung oder auch in der Medizin bei der Behandlung von Blutschwämmen und in der Augenheilkunde eingesetzt.

Ein Vorteil gegenüber dem CO2-Laser ist, dass sich der Laserstrahl aufgrund der geringeren Wellenlänge durch ein Glasfaserkabel leiten lässt. Ihr Nachteil: das relativ teure Verschleißmaterial der Pumpioden. Nach etwa 8.000 bis 15.000 Laserstunden ist bei diesen Schluss – dann müssen sie getauscht werden. Auch der Kristall selbst hält nicht ewig.

Anwendungsmöglichkeiten von Lasertechnik in der Industrie

Ein klassisches Anwendungsverfahren der Lasertechnik in industriellen Unternehmen ist das Laserschweißen. Hierbei werden zwei Bauteile durch eine Schweißnaht miteinander verbunden. Laser bietet sich insbesondere zum Verschweißen an, da hierbei eine hohe Präzision erreicht wird und ein Nachbearbeiten der Schweißnaht somit nicht erforderlich ist. Laserschweißen kann zudem mit einer sehr hohen Schweißgeschwindigkeit erfolgen und weist nur einen äußerst geringen thermischen Verzug auf. Bearbeitet werden können damit sehr unterschiedliche Materialien, weshalb sich diese Technik inzwischen weitestgehend gegen andere Schweißtechniken durchgesetzt hat.

Ebenfalls ein wichtiger Anwendungsbereich von Lasertechnik in der Industrie ist das Laserschneiden. Bei diesem Verfahren werden die zu schneidenden oder trennenden Materialien mittels Laserstrahl stark erhitzt und aufgeschmolzen. Durch die Nutzung eines Schneidegases kommt es anschließend zur gewünschten Trennung des Materials. Mit diesem Verfahren ist vom Prototyp oder Einzelteil bis hin zur Großserie eine kostengünstige und schnelle Fertigung möglich. Das wiederum sind wichtige Voraussetzungen für Unternehmen, um wettbewerbsfähig zu bleiben und wirtschaftlich sinnvoll arbeiten zu können.

Möglich sind zudem verschiedene Oberflächentechniken mit Hilfe von Lasern. Dabei spielen in erster Linie das Laserhärten, Lasergenerieren und Laserauftragsschweißen eine Rolle. Laserhärten ist im Zusammenhang mit Stahl als Baumaterial interessant, denn hierdurch wird die mechanische Widerstandsfähigkeit optimiert und es kommt zu einer Verbesserung des Verschleißverhaltens, was Bauteile langlebiger und weniger wartungsintensiv macht. Beim Laserauftragsschweißen erhalten Bauteile wiederum einen Volumenaufbau, für welchen eine Deckschicht aus beliebigem Material aufgetragen wird. Als Lasergenerieren wird hingegen ein generatives Schichtbauverfahren bezeichnet.

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Heinrich Gellertshausen
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