Was ist eine Laserbearbeitung?
Unter einer Laserbearbeitung versteht man, wie es der Name schon sagt, die Bearbeitung mit einem Laser.
Ein Laser ist ein Licht mit gleicher Phase und Amplitude des Lichts, also ein kohärentes Licht. Bei der Laserbearbeitung wird ein leistungsstarker, lichtverstärkter Laserstrahl zum Schneiden, Schweißen, Gravieren, Markieren und Stanzen von Löchern in das Werkstück eingesetzt. Zu den bearbeiteten Werkstücken gehören Metalle, Keramiken, Kunststoffe, Holz, Gewebe und Glas.
Die Laserbearbeitung ist ein berührungsloses Verfahren, das ohne den Einsatz von Schneidwerkzeugen auskommt und weniger anfällig für Verformungen und Verwerfungen des Materials aufgrund von Spannung und Druck ist. Sie zeichnet sich auch dadurch aus, dass weniger Verbrauchsmaterial benötigt wird und die Wartung einfacher ist.
Die wichtigsten verwendeten Lasertypen sind Kohlendioxid-, YAG-, Faser- und Excimerlaser.
Anwendungen der Laserbearbeitung
1. Kohlendioxid-Laserbearbeitung
Es ist eine hohe Ausgangsleistung möglich und in industriellen Anwendungen werden Laser zum Schneiden von Blechen, Bohren feiner Löcher und Schweißen eingesetzt. In der Medizin wird er auch für chirurgische Laserskalpelle verwendet.
2. YAG-Laserbearbeitung
Dieses wird hauptsächlich zum Punktschweißen von Bauteilen verwendet, z. B. für Motorenteile, Dächer und Karosserien von Kraftfahrzeugen.
3. Faser-Laserbearbeitung
Dieses wird zum Schneiden und Schweißen von Metallen, Schweißen von Kunststoffen und Markieren verwendet.
4. Excimer-Laserbearbeitung
Dieses wird als Lichtquelle für die Belichtung in Halbleiterfertigungsprozessen und Niedertemperatur-Polysiliziumfertigungsprozessen für Flüssigkristallanzeigen verwendet.
Funktionsweise der Laserbearbeitung
Wenn äußere Energie (Licht, Wärme usw.) auf die Atome und Moleküle, aus denen ein Material besteht, einwirkt, gehen die Atome im Allgemeinen in einen höheren Energiezustand über (angeregter Zustand). Beim Versuch, in einen niedrigeren Energiezustand (Grundzustand) zurückzukehren, emittieren sie dann spontan Licht.
Besonders wenn viele Atome mit höherer Energie in der Nähe sind, regt diese spontane Lichtemission andere Atome mit höherer Energie dazu an, Licht zu emittieren und in den Grundzustand zurückzukehren. Dieses Licht wird als induziertes Emissionslicht bezeichnet und seine Energie ist doppelt so hoch wie die des einfallenden Lichts.
Wenn dieses induzierte Emissionslicht wiederholt von einem Spiegel reflektiert wird, stößt es mit den Elektronen anderer Atome zusammen, wodurch Lichtenergie freigesetzt und ein verstärktes, intensives Licht erzeugt wird. Dies ist die Funktionsweise der Laseroszillation.
Bei der Laserbearbeitung von Werkstücken mit diesem Laserstrahl wird ein Gas, das so genannte Schutzgas, auf die Oberfläche des Werkstücks gesprüht, um es vor umherfliegenden Trümmern zu schützen, die auf der Oberfläche des Werkstücks entstehen und um Oberflächenoxidation und Entzündung zu verhindern.
Arten der Laserbearbeitung
Die Laserbearbeitung wird nach der Substanz unterschieden, die den Laserstrahl verstärkt und in Schwingung versetzt:
1. Kohlendioxid-Laserbearbeitung
Dieses verwendet Laserlicht im infraroten Bereich mit einer Wellenlänge von 1,060 µm. Das Lasermedium ist ein Gas, das hauptsächlich aus Kohlendioxid besteht.
2. YAG-Laserbearbeitung
Dieses verwendet Laserlicht im Infrarotbereich mit einer Lichtwellenlänge von 1,064 µm. Das Lasermedium ist ein künstlicher Kristall, der aus Yttrium, Aluminium und Granat besteht.
3.Faser-Laserbearbeitung
Dieses verwendet Laserlicht mit einer Wellenlänge im infraroten Bereich von 1,1 µm. Es handelt sich um einen Festkörperlaser, der eine optische Faser als Lasermedium verwendet. Das vom Pump-Halbleiter emittierte Laserlicht wird durch eine optische Faser verstärkt und erzeugt einen starken Laserstrahl, der für die Bearbeitung verwendet wird.
4. Excimer-Laserbearbeitung
Hierbei handelt es sich um eine ultraviolette Lichtquelle, die sich durch ihre sehr hohe Lichtenergie auszeichnet. Es werden Laserstrahlen mit Wellenlängen im tief ultravioletten Bereich, wie 0,193 μm und 0,248 μm, verwendet. Als Lasermedium wird ein Gemisch aus Inertgasen (z. B. Argon, Krypton, Xenon) und Halogengasen (Chlorwasserstoff, Fluor) verwendet.
Weitere Informationen zur Laserbearbeitung
Eigenschaften des Laserlichts
- Richtungsabhängigkeit
Der Laserstrahl läuft im Vergleich zum natürlichen Licht fast geradeaus. - Monochromatizität
Das Licht hat die gleiche Wellenlänge und damit eine Farbe. - Kohärenz
Das Licht hat die gleiche Phase und Amplitude, so dass es leicht kombiniert und verstärkt werden kann.