Jahrzehntelang galt die einfache Regel: Laser für dünne Bleche, Plasma für dicke Platten. Ultrahochleistungs-Faserlaser haben diese Regel jedoch revolutioniert. Anlagen mit 20, 30 und 40 kW sind heute in Stahlwerken und der Schwerindustrie weit verbreitet, und Marktberichte beschreiben das Segment über 12 kW als den am schnellsten wachsenden Bereich des Laserschneidmarktes. Dieser Leitfaden beleuchtet die aktuellen Unterschiede zwischen Laser- und Plasmaschneiden hinsichtlich Materialstärke, Schnittqualität und Kosten.
Falls Sie zunächst die Grundlagen zu den Unterschieden zwischen den beiden Prozessen verstehen möchten, finden Sie hier eine Übersicht über Laserschneidmaschinen vs. Plasmaschneidmaschinen behandelt die Grundlagen. Dieser Artikel konzentriert sich auf die Entscheidung für eine dicke Platte.
Wo die 12-kW-Marke in die Debatte passt
Ein 12-kW-Faserlaser ist für die meisten Betriebe der erste Einstieg in die Plasmatechnik. In dieser Leistungsklasse bearbeiten Laser problemlos mittelstarke Bleche und schneiden auch dickere Bleche mit geringeren Geschwindigkeiten. Daher ist ein 12-kW-Laser für Fertigungsbetriebe, deren Werkstücke überwiegend unter 20 mm dick sind und gelegentlich auch schwerere Teile gefertigt werden, ein gängiger nächster Schritt.
Ab 12 kW ändert die Maschine ihren Charakter. Anlagen mit 20 kW und mehr benötigen stabilere Rahmen, größere Kühler, eine stärkere Absaugung und eine höhere Stromversorgung. Daher wird die Kaufentscheidung auch zu einer Entscheidung für die Betriebsausstattung. Aus diesem Grund betrachten viele Betriebe 12 kW als Obergrenze für die allgemeine Fertigung und 20 kW und mehr als Investition in spezielle Dickblechanlagen.
Vergleich von Dicke und Geschwindigkeit
Stahlverarbeiter teilen Stahlbleche üblicherweise in vier Stärken ein: dünn (unter 4 mm), mittel (4–20 mm), dick (20–60 mm) und extra dick (über 4 mm). Das Ansprechverhalten von Laser und Plasma variiert je nach Stärke.
| Blechdicke (Kohlenstoffstahl) | 20 bis 40 kW Faserlaser | Hochauflösendes Plasma | Üblicher Gewinner | Messung |
|---|---|---|---|---|
| Dünn, unter 4 mm | Sehr schnell, feine Details, minimale Wärmeentwicklung | Schnell, aber breitere Schnittfuge und stärkere Hitzeverformung | Laser | Teile pro Stunde und Planheit nach dem Schneiden |
| Mittel, 4 bis 20 mm | Ein 20-kW-Laser ist einem 300-A-Plasma bis zu einer Entfernung von etwa 20 mm überlegen. | Wettbewerbsfähige Geschwindigkeit, rauere Kante, Fase an der Schnittfläche | Laser | Meter pro Stunde bei Produktionsqualität |
| Dicke: 20 bis 50 mm | Ab 30 kW wird die Lücke zu Luft oder Sauerstoff geschlossen. | Langjähriger Geschwindigkeitsführer in dieser Band | Umstritten; Lasergewinn | Gesamtzykluszeit einschließlich Nachreinigung |
| Besonders dick, über 60 mm | Möglich bei 30 bis 40 kW, langsamer und spezialisiert. | Praktisch bis zur Nenndurchdringungsgrenze | Plasma oder Sauerstoffbrennstoff | Durchstoßsicherheit und Kantenrechtwinkligkeit |
Die entscheidende Veränderung liegt in der starken Skalierung der Lasergeschwindigkeit mit der Leistung. Veröffentlichte Schneidversuche mit ultrahohen Leistungsquellen zeigen, dass die Geschwindigkeit bis zu 40 kW stetig ansteigt:
⦿ Durch den Wechsel von 15 kW auf 40 kW konnte die Schnittgeschwindigkeit bei 12 mm Kohlenstoffstahl um etwa 280 Prozent und bei 20 mm Kohlenstoffstahl um etwa 420 Prozent gesteigert werden.
⦿ Ein 30-kW-Laser schnitt ein typisches 16 mm Edelstahlteil in der Hälfte der Zykluszeit eines 15-kW-Lasers, wodurch sich auch der Gasverbrauch halbierte.
⦿ Bei 50 mm Kohlenstoffstahl berichtet ein Hersteller, dass eine 30-kW-Maschine etwa 88 Prozent schneller läuft als eine 20-kW-Maschine.
⦿ Im Pulsbetrieb wurden Versuche durchgeführt, bei denen 70 mm Edelstahl mit Stickstoff bei 30 kW und 230 mm Kohlenstoffstahl mit Luft bei 40 kW geschnitten wurden. Dabei handelt es sich jedoch eher um Leistungsdemonstrationen als um Produktionsgeschwindigkeiten für den Alltag.
Plasma skaliert nicht auf dieselbe Weise. Ein Plasmasystem ist durch seine Stromstärke begrenzt, und seine Geschwindigkeit bei einer gegebenen Plattendicke ist weitgehend festgelegt, sobald die Stromversorgung gewählt ist. Deshalb gehört der ehemals gemeinsam genutzte Bereich mittlerer Plattendicke heute größtenteils Lasern, und deshalb ist der Bereich dicker Platten umkämpft. Die gesamte Geschwindigkeitskurve in Abhängigkeit von der Leistungsstufe ist in der [Referenz einfügen] dargestellt. Leitfaden zum Metallschneiden mit Faserlasern: Dicke, Geschwindigkeit und Leistung.
Luftschneiden verändert die Wirtschaftlichkeit des Dickblechschneidens.
Ein weniger offensichtlicher Faktor ist das Hilfsgas. Das Sauerstoffschneiden von dickem Kohlenstoffstahl funktioniert bei niedriger Leistung gut, die Geschwindigkeit verbessert sich jedoch kaum mit steigender Leistung. Das Hochdruckluftschneiden skaliert mit der Leistung, und ab 20 kW schneidet es dicken Kohlenstoffstahl schnell und weitgehend schlackenfrei. Das bedeutet, dass ein Hochleistungslaser dicke Bleche schneller und mit geringeren Gaskosten schneiden kann als ältere Sauerstoffverfahren, wodurch der Kostenvorteil sowie der Geschwindigkeitsvorteil des Plasmaschneidens verringert werden.
Durchdringende dicke Platte
Das Durchstechen dicker Bleche ist oft der versteckte Engpass. Die Durchstechkapazität von Plasma-Schneidanlagen ist durch die Stromversorgung begrenzt; Teile, die diese Grenze überschreiten, erfordern einen Kantenstart, was die Verschachtelung einschränkt. Hochleistungslaser durchstechen dicke Bleche zwar schneller als früher, das Durchstechen dauert aber immer noch deutlich länger als bei dünnen Blechen und verursacht Spritzer, die die Düsen verschleißen. Bei Teilen mit vielen Löchern kann die Durchstechzeit den Unterschied in der Schnittgeschwindigkeit überwiegen. Daher sollten beim Vergleich von Angeboten oder Testergebnissen neben der Schnittlänge auch die Durchstiche berücksichtigt werden.
Fasen- und Kantenqualität
Geschwindigkeit allein entscheidet nicht über den Erfolg, da dicke Blechteile üblicherweise geschweißt oder verschraubt werden. Die Schnittkantenqualität bestimmt den verbleibenden Bearbeitungsaufwand.
⦿ Schnittfuge und Hitze: Bei einem Laser ist die Schnittfuge schmal und die Wärmeeinflusszone klein; Plasma hinterlässt eine breitere Schnittfuge und führt zu einer höheren Wärmeeinbringung, was dünnere Abschnitte verformen kann.
⦿ Kantenwinkel: Plasmaschnitte weisen eine leichte Fase an der Schnittfläche auf, während Laserschnittkanten bei mittelstarken Blechen viel eher rechtwinklig sind.
⦿ Löcher: Laser schneiden kleine, runde Bolzenlöcher in mitteldicke Platten, die oft direkt vom Tisch aus verwendbar sind; Plasmabohrungen in dicke Platten erfordern üblicherweise Bohren oder Reiben.
⦿ Schweißnahtvorbereitung: Plasma-Fasenköpfe sind ausgereift und werden häufig für V- und K-Vorbereitungen an dicken Blechen eingesetzt; Laser-Fasenköpfe sind mittlerweile erhältlich, verursachen aber zusätzliche Kosten.
Die Fertigungsbetriebe beschreiben den praktischen Unterschied so: Wenn jede plasmageschnittene Grundplatte vor dem Schweißen noch gebohrt und geschliffen wird, ist der Schnitt nicht wirklich sauber. Strukturelle Grundplatten im Bereich von 12 bis 40 mm sind aus genau diesem Grund ein Paradebeispiel für den Übergang von Plasma- zu Laserbearbeitung. Betriebe, die solche Platten fertigen, … Stahlbauarbeiten Oftmals ist der eingesparte Arbeitsaufwand wichtiger als die Schnittgeschwindigkeit.
Auch die Materialart beeinflusst die Ergebnisse. Dicke Edelstahl- und Aluminiumbleche eignen sich besser für das Laserschneiden als Kohlenstoffstahl, da das Stickstofflaserschneiden eine saubere, oxidfreie Schnittkante erzeugt, die mit Plasma ohne Nachbearbeitung nicht erreicht werden kann. Bei dickem Kohlenstoffstahl, wo Plasmaschnittkanten für viele strukturelle Anwendungen akzeptabel sind, bleibt der Vergleich hingegen eng.
Kapitalkosten vs. Durchsatz
Hier spielt die Plasmatechnologie nach wie vor ihre Stärken aus. Ein Hochleistungslaser ist eine große Investition, während ein leistungsfähiges Plasmasystem nur einen Bruchteil davon kostet.
| Faktor | 20 bis 40 kW Faserlaser | CNC-Plasmaanlage | Messung |
|---|---|---|---|
| Kapitalkosten | Hoch; oft deutlich im sechsstelligen Bereich mit Kühlaggregat und Gehäuse | Nur ein Bruchteil des Preises eines Lasersystems, selbst für hochauflösende Systeme. | Gesamtinstallationskosten pro Maschine |
| Strombedarf | Groß; rund 50 kW installierte Leistung bei 12 kW und darüber hinaus. | Netzteil dimensioniert nach Ampere | Installierte kW-Leistung und Kosten für die Netzmodernisierung |
| Durchsatz bei 4 bis 20 mm | Höchste aller thermischen Verfahren | Niedriger, mit mehr sekundärer Reinigung | Fertigteile pro Schicht |
| Nebentätigkeit | Klein; Kanten und Löcher oft montagefertig. | Schleifen, Bohren oder Reiben sind gängige Verfahren bei Präzisionsteilen. | Arbeitszeit pro Teil nach dem Zuschnitt |
| Verbrauchsmaterial | Düsen und Schutzfenster | Elektroden und Düsen, häufig bei hohen Stromstärken | Verbrauchskosten pro Schnittstunde |
Die Entscheidung hängt von der Auslastung ab. Ein Laser mit 20 kW oder mehr, der im Zweischichtbetrieb mittlere und dicke Bleche bearbeitet, kann seine höheren Anschaffungskosten durch den höheren Durchsatz und die eingesparten Nachbearbeitungskosten amortisieren. Dieselbe Maschine, die nur wenige Stunden pro Woche für gelegentliche dicke Teile läuft, ist dazu nicht in der Lage. Vergleichen Sie vor der Anschaffung die gesamten Installationskosten, einschließlich Leistungsaufrüstungen und Kühlleistung, mit der zusätzlichen Teileanzahl pro Schicht. Die Preisgestaltung der Geräte wird in [Referenz einfügen] behandelt. wie viel eine Laserschneidmaschine kostetund die Plasmapreise in Was kostet ein Plasmaschneidtisch?.
Geschäfte, die die Investition rechtfertigen, achten in der Regel auf schwere Rahmen. Hochleistungs-Faserlaser-Metallschneidmaschinen Konstruiert für die Belastung dicker Bleche und die höheren Temperaturen bei langen Schnitten, anstatt für leichtere Blechrahmen mit einer größeren Wärmequelle.
Betriebskosten pro Meter
Die stündlichen Betriebskosten sprechen für Plasma, da ein Hochleistungslaser deutlich mehr Strom verbraucht und eine größere Kühlung benötigt. Die Kosten pro Meter Schnittlänge können ein anderes Bild zeichnen. Schneidet der Laser mitteldicke Bleche um ein Vielfaches schneller, verwendet Luft statt Stickstoff und erspart einen Schleifschritt, können die Kosten pro fertigem Teil trotz höherer stündlicher Kosten unter denen von Plasma liegen. Dieser Vergleich ist jedoch nur bei voller Auslastung der Maschine gültig, wodurch die Entscheidung letztendlich von der Auslastung abhängt.
Wer sollte Plasma noch kaufen?
Plasma bleibt für einen Großteil der Käufer die richtige Lösung. Es ist sinnvoll, wenn:
⦿ Bei den Arbeiten handelt es sich überwiegend um grobes Strukturschneiden, bei dem die Kantenbearbeitung und die Lochgenauigkeit nicht von entscheidender Bedeutung sind.
⦿ Die Blechdicke überschreitet regelmäßig 50 mm, oder die Werkstatt benötigt für sehr dicke Bleche zusätzlich Autogenschweißen.
⦿ Aus Budgetgründen oder aufgrund der verfügbaren Stromversorgung ist ein Ultrahochleistungslaser nicht möglich.
⦿ Schweißfasen an dicken Blechen sind eine tägliche Anforderung und ein bewährter Plasma-Fasenkopf passt perfekt zum Arbeitsablauf.
⦿ Die Maschinenstunden sind zu gering, um die Investitionskosten eines Lasers zu decken.
Für diese Geschäfte, ein Hochleistungs-Portal-Plasmaschneidmaschine bietet die Möglichkeit, dicke Platten zu deutlich geringeren Anschaffungskosten zu verarbeiten, und ein CNC-Plasmaschneidanlage mit Brennschneidbrenner Für die dicksten Bauteile wird zusätzlich Autogenschweißen eingesetzt. Viele größere Fertigungsbetriebe verwenden mittlerweile beide Verfahren: einen Hochleistungslaser für Präzisionsarbeiten und mitteldicke Bleche sowie Plasma- oder Autogenschweißen für die dicksten und gröbsten Werkstücke.
Entscheidungs-Checkliste
✔ Sortieren Sie die Jobs eines Jahres nach Dickenklassen und zählen Sie die Stunden in jeder Klasse.
✔ Messung der Nachbearbeitung an aktuellen Plasmateilen: Schleifen, Bohren und Nacharbeiten in Minuten pro Teil.
✔ Berechnen Sie den Preis für den Laser inklusive Kühler, Gehäuse, Leistungssteigerung und Installation, nicht nur für die Maschine.
✔ Vergleichen Sie die fertigen Teile pro Schicht, nicht nur die Schnittgeschwindigkeit.
✔ Planen Sie Plasma- oder Autogenschweißen ein, wenn besonders dicke Bleche regelmäßig bearbeitet werden.
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