Faserlaser: Konkurrenz für den CO2-Laser

Seit rund dreißig Jahren gibt es das Laserschneiden mit dem CO2-Laser – aus der Schneidindustrie ist diese Variante neben dem Brennschneiden und dem Plasmaschneiden nicht mehr wegzudenken. Dabei findet der Laser auch im Bereich des Schweißens sowie bei der Bearbeitung von Oberflächen Anwendung. Doch seit 2009 hat der übliche CO2-Laser Konkurrenz bekommen: Der Faserlaser wurde auf dem Deutschen Brennschneidtag durch das Fraunhofer IWS Dresden ausführlich vorgestellt. Das Potenzial dieses Verfahrens war damals schon bekannt. Mittlerweile sind die Geräte der ersten Generation auch schon gebraucht erhältlich.

Schwachstellen der CO2-Laser

Die Wellenlänge der CO2-Laser ist der Grund dafür, dass diese nicht über Glasfaser eingekoppelt werden können. Der Laserstrahl muss immer über Spiegel dorthin geführt werden, wo er schneiden soll. Diese Spiegel sind aber die größten Schwachstellen der CO2-Laser. Sie verschmutzen und nutzen sich im Laufe der Zeit ab. Sie sind schon allein dadurch anfällig, weil sie Schwingungen unterliegen. Große Schneidanwendungen sind häufig nicht durchführbar, die Spiegel verhindern den Bau dieser Anwendungen.

Für die Erzeugung des Laserstrahls, der mit CO2 angeregt wird, ist eine umfassende Kühlung nötig, die jedoch sehr aufwendig ist. Der Wirkungsgrad überschreitet nur selten zehn Prozent. Möglich sind Schnittdicken bis 25 Millimeter mit einer Anlage, die bis zu 6 kW an Leistung bringt. Es gibt zwar auch Anlagen mit einer höheren Leistung, diese sind in der Industrie aber selten anzutreffen. Der Grund ist, dass der Wirkungsgrad zu gering ist und dass die Investitionskosten sehr hoch sind.

Hilfe durch den Faserlaser

Der Faserlaser bot nun aber Hilfe an, denn er ist deutlich effizienter bei der Arbeit. Der sogenannte Festkörperlaser – wie der Faserlaser auch genannt wird – nutzt Halbleiter für die Bildung des Laserstrahls. Diese Festkörper-Pumpen-Dioden sind seit mehr als zwanzig Jahren in der Erprobung bzw. im Einsatz. Alle Hersteller wenden unterschiedliche Strategien beim Laserschneiden an. So wird bei der Firma Trumpf vom Scheibenlaser gesprochen, bei iPG hingegen vom Ytterbium Faserlaser. Der gute Wirkungsgrad sowie die übrigen hervorragenden Eigenschaften sind aber allen Faserlasern gemein. Hier noch einmal die wichtigsten Merkmale im Überblick:

rund dreimal höherer Wirkungsgrad als der CO2-Laser (ca. 30 Prozent)
sehr effizient (im Vergleich zum CO2-Laser um bis zu 85 Prozent höhere Energieeffizienz)
Faserlaser brauchen weniger Gas – für die Übertragung des Strahls ist kein CO2 nötig
geringer Kühlaufwand
kompakte Bauform beim Faserlaser
geringer Wartungsaufwand
geringe Betriebskosten des Faserlaser, da weder CO2 noch Spiegel notwendig sind – Einsparungen von bis zu 20.000 Euro pro Jahr sind möglich
kein Austausch der Resonatoren nötig
keine Neukalibrierung der Hochgeschwindigkeitsturbinen nötig
Einsatz des Faserlaser als Ergänzung zu Plasmaschneidanlagen möglich, dabei Verwendung nur einer Schneidanlage
Laserstrahl des Faserlaser kann ohne große Verluste über weite Strecken gelenkt werden
Einsatz des Festkörperlaser für große Portale möglich

Weitere Vorteile des Festkörperlaser

Das Glasfaserkabel der Faserlaser kann in Brennmaschinen für große Portale durch Energieketten geführt werden. Die eingesetzte Wellenlänge bedingt, dass das Metall die Energie des Lasers besser absorbiert. Der Strahl wird eingekoppelt, was wiederum ermöglicht, dass die Schnittgeschwindigkeit deutlich höher ist. Sogar Kupfer und Messing können mit dem Festkörperlaser bearbeitet werden. Wird Stahl mit einer Dicke von sechs Millimetern geschnitten, so muss der Faserlaser nur 1,5 kW einsetzen – der CO2-Laser benötigt dafür 3 kW!

Insgesamt liefert der Faserlaser also einen deutlich höheren Ertrag und braucht nur wenig Energie. Er koppelt das Licht gut ein. Außerdem kann die Schnittspalte sehr schmal sein, was für filigrane Konturen bzw. deren Abtragung von Vorteil ist.

Gibt es auch Nachteile?

Der Faserlaser hat allerdings nicht nur Vorteile, wenngleich die Nachteile deutlich geringer in der Anzahl sind. So kann der Festkörperlaser nicht für das Schneiden von Polycarbonat oder Acryl eingesetzt werden. Auch Stoffe und Holz können damit nicht bearbeitet werden.

Das Licht wird zwar gut eingekoppelt, allerdings ist die Wellenlänge für die Augen bedenklich. Es sind deutlich umfassendere Schutzmaßnahmen – hier in erster Linie für die Augen – nötig.

Die besonders schmale Schnittspalte ist ebenfalls nicht immer von Vorteil. Denn sie bewirkt, dass nur wenig Material entfernt – ausgeblasen – werden kann. Der Einsatz im Dickebereich ist damit für den Faserlaser momentan nur beschränkt möglich.

Was vorteilhaft ist und was nicht, entscheidet jedes Unternehmen anders. Ausschlaggebend ist hier der Einsatzzweck, für den die Laserschneidanlage gebraucht wird bzw. das zu bearbeitende Material. Sofern das jeweilige Unternehmen kein Metall im Dickblechbereich schneiden möchte oder muss, wird dieser Punkt auch nicht zum Nachteil bei einer Entscheidung für oder gegen den Festkörperlaser gereichen.

Der Markt und die Vorteile

Der Markt sieht natürlich in erster Linie die Vorteile des Festkörperlasers und hier insbesondere die geringen Betriebskosten. Forschung und Entwicklung sind gern bereit, über die Nachteile hinwegzublicken bzw. diese auszumerzen. Derzeit kann vermutet werden, dass bereits in wenigen Jahren der Faserlaser erfolgreicher und umfassender eingesetzt wird als der CO2-Laser.

Der Festkörperlaser wird derzeit noch im Bereich von Stahldicken unter zehn Millimetern eingesetzt. Der mittlere Bereich ist derzeit durch das Plasmaschneiden sehr gut bedient, auch wenn hier keine kleinen Toleranzen möglich sind.

Der Festkörperlaser ist vor allem für den Einsatz in rauen Umgebungen geeignet und kann hier insbesondere auf großen Maschinen verwendet werden. Derzeit gibt es einige dieser Laseranlagen in Stahl-Service-Centern. Renommierte Brennschneidmaschinen-Produzenten sind an diesem Thema dran und widmen ihre Forschung den Festkörperlasern.

Was ist besser? Ein Fazit

Es kann allgemein davon ausgegangen werden, dass der Faserlaser den CO2-Laser nicht gänzlich ablösen wird. Vielmehr wird er zur perfekten Ergänzung werden. Momentan besetzt er die Nische im geringen Blechdickenbereich und wird in erster Linie für Dünnbleche verwendet. Seine speziellen Eigenschaften prädestinieren den Festkörperlaser für den Einsatz zu besonderen Zwecken. Sicherlich wird sich erst in Zukunft entscheiden, wie erfolgreich die Festkörperlaser eingesetzt werden können und ob sie zu den künftigen Anforderungen des Marktes passen. Schließlich müssen Anwender auch auf die richtigen Werkzeuge setzen, wenn sie in die jeweiligen Maschinen investieren. Besonders vorteilhaft sind natürlich die geringen Betriebskosten, die verschiedenen Einsatzmöglichkeiten und die effiziente Energienutzung. Allerdings sind die Einsatzmöglichkeiten nicht ganz so vielfältig wie die eines CO2-Lasers, denn immerhin können Polycarbonat und Acryl mit dem Faserlaser nicht geschnitten werden.

Was besser ist, liegt also immer im Auge des Betrachters bzw. ist in den Anwendungen begründet, die für den Laser vorgesehen sind. Jedes Unternehmen wird hier anders entscheiden und setzt seine Prioritäten sicherlich auch ein wenig anders. Da Forschung und Entwicklung aber konsequent an diesem Thema bleiben und vorhandene Anlagen immer weiter verbessern, ist davon auszugehen, dass sich der Einsatzbereich der Festkörperlaser noch ausweiten wird. Eventuell werden dann sogar andere Stoffe schneidbar und bearbeitbar.

Faserlaser / Laserschneidanlage „gebraucht“

Neben dem Primärmarkt gibt es eine Reihe von Anbietern von Gebrauchtmaschinen auch auf diesem Sektor: maschinensucher.de, cameo-laser.de, sk-laser.de und einige mehr. Die Angebot wie „Faserlaser F20. zur Beschriftung und Gravur von Metall und Kunststoff. Gebraucht- generalüberholt: neuer Maschinentisch, neuer Computer, neuer Controller, …“ (Zitat) klingen sehr verlockend. Ob die gebrauchte Workstation mit Faser Laser für die Lasergravur von Metallen und Kunststoffen letztlich das halten wird, was man sich vom Neugerät erwartet, bleibt offen. Hochtechnologie-Produkte wie eine Laserschneidanlage gebraucht zu kaufen, birgt ein Risiko. Fragen der Service, Garantie und Gewährleistung sind vor Beschaffung zu klären.