Op deze pagina wordt de techniek van het lasersnijden van metaal toegelicht. Allereerst wordt er onder het kopje "De laser" ingegaan op wat laserlicht is en hoe een laserstraal gemaakt wordt. Onder het kopje "Lasersnijden" wordt vervolgens uitgelegd wat de voordelen zijn van de techniek lasersnijden, gevolgd door een toelichting op de verschillende varianten van lasersnijden onder het kopje "Snijgas".

De laser

Laser is een acroniem voor "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation". Gestimuleerde emissie is een proces waarmee licht versterkt kan worden tot grote intensiteit. Waar het licht van een gloeilamp alle kanten opschijnt, is het licht van een laser geconcentreerd tot een evenwijdige bundel. Door enerzijds de lichtbron in vermogen op te voeren en anderzijds de bundel waarin dit licht geconcentreerd wordt in diameter te verkleinen, kan een laser met hoge precisie een grote hoeveelheid energie op een zeer klein oppervlak afleveren.

Het opwekken van een laserstraal werkt anders dan het opwekken van licht voor een normale lamp. Een lichtstraal wordt in de resonator ingebracht. In de resonator bevindt zich een speciaal gas en een aantal spiegels. Door een elektrische spanning op dit gas te zetten, wordt de lichtstraal versterkt wanneer de lichtstraal door het gas gestuurd wordt. Zou je het licht door gewone lucht sturen, dan zou het licht juist in intensiteit afnemen.  De lichtstraal wordt vervolgens met behulp van de spiegels een groot aantal keer tussen de spiegels heen en weer gereflecteerd. Iedere keer dat de lichtstraal heen en weer gereflecteerd wordt, versterkt het licht in intensiteit. Dit proces van versterking gaat net zolang door totdat de laserstraal geschikt is voor het proces waar de laser uiteindelijk voor ingezet moet worden, bijvoorbeeld voor het lasersnijden van metaal.

Lasersnijden

Omdat een laserstraal met hoge precisie een klein oppervlak kan verhitten, kan de laser gebruikt worden om een materiaal te scheiden door het te doen smelten, verbranden of verdampen. Dit is het proces van lasersnijden. Het laserlicht wordt bij lasersnijden via optische kabels van de resonator naar de snijkop van de laser gebracht. De snijkop focusseerd de laserstraal met behulp van een lens op het te snijden metaal en omringt de laserstraal coaxiaal met een snijgas. Door de inzet van optische kabels kan de laserkop bij het lasersnijden vrij over het laserbed bewegen (vliegende optiek) terwijl de resonator zich op één plek blijft staan. Het grote voordeel hiervan is dat de snijkop tijdens het lasersnijden sneller over het materiaal kan bewegen en van richting kan veranderen.

Metaal is één van de materialen die geschikt is voor lasersnijden. Het lasersnijden heeft een aantal voordelen ten opzichte van andere snijtechnieken.

• Weinig vervorming; complexe contouren mogelijk
  De warmte beïnvloede zone is klein, daarom is er slechts beperkt sprake van vervorming waardoor complexe metalen contouren gesneden kunnen worden.
• Weinig materiaalverlies
  De diameter van de laserstraal is vele malen kleiner dan de dikte van bijvoorbeeld een zaagblad. Hierdoor kan er gesneden worden met minder materiaalverlies.
• Geen fysiek contact
  Dit is een voordeel ten opzichte van mechanische snijtechnieken. Omdat er geen contact is tussen zaagblad en materiaal wordt het werkstuk niet 'besmet' met materiaalresten van het zaagblad. Ook is er sprake van een hoge vormvrijheid, het snijcontour wordt niet beperkt door de dimensies van een zaagblad of boorkop.
• Precisie
  Omdat de laserkop geen fysiek contact heeft met het materiaal, zoals dat bij een zaagblad of boor wel het geval is, ontstaat er minder trilling en resonantie. Dit komt de precisie van de snede ten goede.
• Braamvrij en glad snedeoppervlak
  Na het lasersnijden is er vaak al gelijk sprake van een gladde snede en is er meestal geen nabewerking meer nodig.

Lasersnijden: Snijgas

De laserstraal wordt coaxiaal omringd door een snijgas, dit snijgas kan verschillende functies hebben en bepaalt grotendeels de snijsnelheid. Bij het snijden van metaal worden de volgende lasersnijtechnieken het meest toegepast.

• Laserbrandsnijden - Zuurstof
  Door de toevoeging van het reactieve zuurstof als snijgas ontstaat er een exotherme reactie; het materiaal wordt tot boven de verbrandingstemperatuur verhit en gaat dan een reactie met het zuurstof aan: verbranding. Hierdoor wordt makkelijker een hogere temperatuur bereikt met als voordeel dat de snijsnelheid hoger ligt en dat er dikker plaatmetaal gesneden kan worden dan met stikstof mogelijk is. Bij stikstof is er namelijk geen sprake van een verbrandingsreactie.
  De inzet van zuurstof als snijgas gaat echter wel ten koste van de kwaliteit van het snedeoppervlak (ten opzichte van het snijgas stikstof). Er is namelijk sprake van oxidevorming op de snede in het metaal waardoor er vaak nog nabewerking nodig is.
• Lasersmeltsnijden - Stikstof
  Bij deze techniek van lasersnijden wordt bij Metaveld het edelgas stikstof als snijgas ingezet. Met de laserstraal wordt het metaal gesmolten. Het gesmolten metaal wordt vervolgens door de stikstof gasstroom weggeblazen. Omdat het stikstofgas bedoeld is om het gesmolten metaal weg te blazen, moet de gasdruk van het stikstofgas vele male hoger zijn dan de gasdruk bij het lasersnijden met zuurstof. Het nadeel daarvan is dat er meer gas gebruikt wordt dan bij laserbrandsnijden het geval is. Het grote voordeel van de keuze voor stikstof als snijgas is echter, dat dit gas oxidatie voorkomt en een schone snede achterlaat.

Lasersnijden: Graveren

Tijdens het lasersnijden kunnen de lasers bij Metaveld ook graveringen aanbrengen op de metalen artikelen. Dit graveren biedt een aantal voordelen, artikelnummers en chargenummers kunnen in onderdelen gegraveerd worden zodat je altijd weet of je het juiste artikel of materiaal hebt. Ook kunnen op deze manier de punten waar bijvoorbeeld nog verspanende bewerkingen uitgevoerd moeten worden met precisie worden gemarkeerd.

Lasersnijden: Mogelijkheden

De lasers van Metaveld BV hebben de volgende specificaties:
- Lasersnijden van staal tot en met een dikte van 20mm, met zuurstof als snijgas.
- Lasersnijden van staal tot en met een dikte van 8mm, met stikstof als snijgas.
- Lasersnijden van RVS tot en met een dikte van 15mm, met stikstof als snijgas.
- Lasersnijden van aluminium t/m een dikte van 5mm.
- Maximale plaatafmetingen: 6.000x2.500mm

De gatdiameter in plaatmateriaal die met lasersnijden gesneden kan worden is aan een minimum gebonden. Gaten kleiner dan dit minimum moeten achteraf met verspanende bewerkingen zoals boren gemaakt worden. De minimumdiameter is afhankelijk van het materiaaltype en de plaatdikte en kan in de onderstaande tabel opgezocht worden.

U kunt terecht op de pagina over onze machines voor meer informatie over ons machinepark.

Lasersnijden: Materialen

In principe is lasersnijden een techniek die ook bij andere materialen dan metaal toegepast kan worden. Ook kunststof, en bijvoorbeeld hout kunnen met de techniek lasersnijden bewerkt worden, in plaats van lasersmeltsnijden of laserbrandsnijden wordt er dan de techniek van lasersublimeersnijden toegepast. Het materiaal wordt dan verhit tot het kookpunt zodat het verdampt door de hitte van de laserstraal, door de snelle expansie van het materiaal tijdens het verdampingsproces wordt het materiaal uit de snede geblazen. Bij Metaveld wordt echter uitsluitend metaal gesneden met de technieken lasersmeltsnijden en laserbrandsnijden.

Video van lasersnijden

De onderstaande video van het proces van lasersnijden is in 2010 bij Metaveld BV opgenomen.

Bronnen

• Wikipedia - Laser Cutting (Engels)
• Wikipedia - Laser (Engels)
• Columbia University - Laser Machining Processes (Engels)
• Lasersnijden.org
• LAC Online - Achtergrondinformatie lasersnijden