Faserlaserschneidmaschinen - Effiziente Alternative zum CO2 Laser

Herbert Rahlf 09. Dezember 2016

Erst seit wenigen Jahren im Einsatz, doch schon jetzt sind viele Anwender von den Vorteilen eines Faserlasers in der Blechbearbeitung überzeugt. Der Ytterbium Faserlaser, englisch = Fiber Laser, ist ein Glasfaserlaser, der eine spezielle Form des Festkörperlasers darstellt. Der monolithische Aufbau macht ihn unempfindlicher gegen äußere Störungen und ermöglicht eine hohe intrinsische (von innen heraus) mechanische Resonatorstabilität. In der Blechbearbeitung wird der Faserlaser derzeit als hoch effiziente Alternative zum CO2 Laser gesehen. Besonders für den Dünnblechbereich ist er aufgrund seiner speziellen Eigenschaften besonders geeignet. Der Faserlaser setzt sich besonders im filigranen Schneiden von den herkömmlichen CO2 Laser deutlich ab. Außerdem ist die hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit ein weiterer deutlicher Vorteil. Die Blechdicke kann erhöht werden und die Schneidgeschwindigkeit wurde ebenfalls erheblich verbessert.

Der Aufbau und der damit verbundene Vorteil eines Faserlaser ist recht einfach:

Die Dioden pumpen die aktive Faser direkt und ergeben so eine Strahlquelle mit enormer Lichteffizienz. Durch die Totalreflexion wird das Licht im Core geführt und verstärkt sich in dem Wellenreiter. Der Kern besteht aus Quarzglas und wird von einem höher brechenden Kern ummantelt. Die lange Wechselwirkungsstrecke der Kernfaser wird durch die Einkoppelung der Strahlung von Hochleistungsdioden erreicht. Der Faserlaser funktioniert ohne Laserkristall und Spiegel. Stattdessen wird eine dotierte Faser mit Fiber Bragg Gittern verwendet. Die Geometrie der Faser bestimmt die Strahlungsintensität. Aufgrund des großen Verhältnisses zwischen Oberfläche und Volumen wird die Wärme sehr gut abgeleitet. Eine aktive Kühlung wird hierbei selten gebraucht. Durch seine kompakte Bauform benötigt der Faserlaser in Laserschneidmaschinen auch deutlich weniger Platz. Er arbeitet ausgesprochen produktiv und seine Energieeffizienz ist um 30% höher als bei einem herkömmlichen CO2 Laser. Der monolithische Aufbau, also der Single Mode Aufbau, hat eine ausgezeichnete Strahlqualität und besitzt eine extrem hohe Lebensdauer von mehr als 20.000 Stunden.

Die Faserlaser sind Festkörperlaser, die einen Job schneller erledigen und die Produktivität des Fertigungsprozesses deutlich erhöhen. Außerdem ist die Strahlqualität besser, denn der Laserstrahl wird durch ein faseroptisches Kabel geleitet. Eine um ca. 200% erhöhte und effizientere Lichterzeugung ist das Ergebnis. Außerdem ist die Einspeisung weitaus einfacher, so dass die Anschaffung von teuren Spiegeln entfällt. Es ist also kein Wunder, dass die Verwendung von Faserlasern in der Blechbearbeitung immer beliebter wird. Das Trennen von Werkstoffen wird mit hohen Schneidgeschwindigkeiten, einer hohen Strahlqualität, hohen Leistungsdichten und einem hohen Absorptionsgrad erreicht. Derzeit bietet für diese Anforderungen der Faserlaser das größte Potential. In unterschiedlichen Versuchen am Fraunhofer IWS Institut konnte nachgewiesen werden, dass der Faserlaser gegenüber CO2 Lasern bei gleicher Laserleistung mehr als die doppelte Trenngeschwindigkeit erreicht. Durch die hohe Effizienz der Faserlaser sind sie heute schon mehr als nur eine Alternative für die bisher favorisierten CO2 Laser.