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CO2-Laserschneiden in der Kunststoffverarbeitung

Das CO2-Laserschneiden eröffnet in der Kunststoffverarbeitung eine Vielzahl von Möglichkeiten, die durch Fräsen oder Sägen kaum realisierbar wären. Mit dem berührungslosen Verfahren können bei hoher Präzision auch sehr filigrane Teile aus Kunststoff gelasert werden.

Gleichzeitig fallen einige Arbeitsschritte, die zu Fräs- und Sägearbeiten dazugehören, weg. Späne entstehen nicht, weil das gelaserte Material verdampft wird. Auch Bruch, Verschnitt und ähnliche Schwierigkeiten lassen sich minimieren.

Wir stellen das CO2-Laserschneiden in der Kunststoffverarbeitung näher vor!

Wie funktioniert ein CO2-Laser?

Das CO2-Laserschneiden nutzt einen besonderen Laser, der ein Gas als Medium verwendet. Bei dem Gas handelt es sich meist um ein Gemisch aus CO2 (Kohlenstoffdioxid), N2 (Stickstoff) und He (Helium). Die Zufuhr von Energie führt dazu, dass sich die Spannung entlädt und Lichtwellen entstehen.

Optischer Resonator:
Die Laserröhre hat an beiden Enden je einen Spiegel. Ein Spiegel ist lichtundurchlässig, der andere Spiegel ist teildurchlässig. Die Lichtwellen werden zwischen den Spiegeln hin und her reflektiert, bis sie schließlich aus dem teildurchlässigen Spiegel austreten. Diese technische Anordnung nennt sich optischer Resonator oder Laserresonator. Unter Einsatz hoher elektrischer Spannung von über 15.000 Volt lässt der Resonator den CO2-Gaslaser entstehen.

Ein Lichtpartikel, auch als Photon bezeichnet, zwingt ein CO2-Atom von dessen hohem Energielevel auf ein niedrigeres Energieniveau. Bei diesem Vorgang gibt das CO2-Atom ebenfalls ein Photon ab. Im Ergebnis kommt zu dem schon vorhandenen Photon ein neues Photon dazu.

Diese beiden Lichtpartikel regen nun erneut Übergänge auf niedrigere Energielevel an. So wird eine Art Kettenreaktion ausgelöst, in der sich der Laser aufbaut.

Je nach Anwendungsbereich kann der CO2-Laser Gravuren erzeugen oder Material abtragen und schneiden. Er kann Teile aus Kunststoff lasern, aber zum Beispiel auch Barcodes oder Serien- und Produktnummern in den Kunststoff gravieren.

In welchen Bereichen wird das CO2-Laserschneiden eingesetzt?

Grundsätzlich eignet sich das CO2-Laserschneiden überall dort, wo präzise Arbeit und hohe Flexibilität gefragt sind. Herkömmliche Schneidtechniken reichen oft nicht an den Qualitätsstandard heran, der mittels Laserschneiden erzielt werden kann.

Mehr informationen:  Innovative Kunststoffanwendungen in der Medizin, Teil 2

Beim Zuschnitt wird der Kunststoff zunächst über seinen Schmelzpunkt hinaus erwärmt. Ein Gas bläst den Kunststoffabfall, der dabei entsteht, anschließend aus der Schnittfuge.

Beim Laserschneiden von dünnen Kunststoffen wird der Laserstrahl durch einen Umlenkspiegel auf die Schnittstelle umgeleitet. Weil der Kunststoff innerhalb weniger Sekundenbruchteile schmilzt, wird er sehr exakt geschnitten.

Dabei ist die mögliche Schnittgeschwindigkeit umso höher, je dünner der Kunststoff ist. Gleichzeitig sorgen dünne Materialstärken für einen feinen Konus an den Rändern des Werkstücks.

Unternehmen, die Acryl verarbeiten, lassen häufig Kunststoffe lasern. Hier kommt das Verfahren zum Beispiel bei der Fertigung von Displays mit präzisen Schnittkanten zum Einsatz. Daneben wird das CO2-Laserschneiden angewendet, um Schilder oder Beschriftungen aus Acryl herzustellen.

Ein weiterer großer und wichtiger Markt für den CO2-Laser ist der Zuschnitt von Kunststofffolien. Dabei ist die Automobilindustrie ein wesentlicher Abnehmer.

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Aber auch die Frontblenden verschiedener Haushaltsgeräte bestehen oft aus Kunststofffolien, die per CO2-Laser zugeschnitten werden. Gleiches gilt für Tastaturfolien. Auch die Textilindustrie greift zunehmend auf das Laserschneiden zurück, so zum Beispiel bei technischen Textilien wie Filtern. Außerdem werden künstliche Plüsch-Stoffe für Spielwaren häufig mit dem CO2-Laser in Form gebracht.

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Welche Kunststoffe eignen sich für das CO2-Laserschneiden?

Als ideale Materialien für die Bearbeitung mit dem CO2-Laser gelten prinzipiell alle thermoplastischen Kunststoffe. Thermoplasten verändern durch die Einwirkung der Wärme ihre Gefügestruktur.

Deshalb können durch das Laserschneiden besonders klare Schnittkanten erzeugt werden, die mechanisch nicht mehr nachbearbeitet werden müssen.

Neben Acrylglas gehören Polypropylen und Polyamid zu den typischen Kunststoffen für eine Bearbeitung mit dem Laser. Auch ABS, ASA/ABS, SAN und PUR können problemlos mit dem CO2-Laser bearbeitet werden.

Einige Kunststoffe scheiden aber aus gesundheitlichen Gründen für die Laserbearbeitung aus. Dazu gehören zum Beispiel PVC und Teflon. Polycarbonat, mehrschichtiges HPL und Kunststoffplatten mit einer Deckschicht aus Aluminium gelten ebenfalls als problematisch. Außerdem erweist sich das CO2-Laserschneiden als schwierig, wenn Platten oder Profile aus Kunststoff stärker sind als zehn Millimeter.

Mehr informationen:  Umweltauswirkungen von Kunststoffen

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Welche Vorteile bietet das CO2-Laserschneiden?

Der größte Pluspunkt bei der Anwendung des CO2-Laserschneidens ist der passgenaue Zuschnitt. Gelaserte Kunststoffteile weisen feinste Konturen und exakte Schnittkanten ohne Grate auf. Dadurch sind auch polierte Schnittkanten möglich.

Außerdem ist der Schnittspalt sehr schmal und der Wärmeeinflussbereich gering. Je nach Art und Stärke des Kunststoffs kann eine Schnittgenauigkeit zwischen 0,05 und 0,1 Millimetern erzielt werden.

Ein weiterer Vorteil ist, dass das CO2-Laserschneiden das vorhandene Material bestmöglich ausnutzt. Weil das Schneiden berührungslos erfolgt, entstehen weder Späne noch sonstige Abfälle. Folglich müssen keine Reststoffe entsorgt werden. Auch eine mechanische Nachbearbeitung ist nicht notwendig.

Der Kunststoffzuschnitt kann also direkt weiter verwendet werden. Damit sorgt das CO2-Laserschneiden für eine maximale Produktivität bei zugleich hoher Flexibilität.

Dazu kommt, dass das CO2-Laserschneiden von Kunststoffen ein materialschonendes Verfahren ist. Die berührungslose Technik und der kleine Wärmeeinflussbereich verursachen gar keine oder nur minimale mechanische Belastungen. Sogar bedruckte oder lackierte Kunststoffoberflächen bleiben unbeschädigt.

Rüstkosten:
Nicht zuletzt ermöglicht das CO2-Laserschneiden eine schnelle Bearbeitung, die Kosten einspart. Die Anlagen sind einfach zu bedienen und erfordern keine langen Rüstzeiten. Da zusätzliche Werkzeuge und Arbeitsschritte nicht notwendig sind, halten sich auch die Rüstkosten im Rahmen. Die hohe Leistung des Lasers bringt eine zeitsparende Arbeitsweise mit sich. Je nach Arbeitsaufwand und Anwendungsbereich stehen CO2-Laser in unterschiedlichen Leistungsklassen zur Verfügung.

Kleine Stückzahlen lassen sich deshalb ebenso realisieren wie große Auflagen.