Ein Laser ist ein hochkonzentrierter Lichtstrahl mit einer einzigen Wellenlänge. Bei jeder Wellenlänge absorbieren, reflektieren und übertragen verschiedene Materialien das Licht in unterschiedlichem Ausmaß.
Der Laserstrahl ist eine Säule aus Licht mit sehr hoher Intensität, einer einzigen Wellenlänge oder Farbe. Bei einem typischen CO2 Laser, diese Wellenlänge liegt im Infrarotbereich des Lichtspektrums und ist daher für das menschliche Auge unsichtbar. Der Strahl hat einen Durchmesser von nur etwa 3/4 Zoll, wenn er vom Laserresonator, der den Strahl erzeugt, durch den Strahlengang des Laserschneiders wandert. Er kann durch eine Reihe von Spiegeln oder „Strahlbeugern“ in verschiedene Richtungen reflektiert werden, bevor er schließlich auf die Platte fokussiert wird. Der fokussierte Laserstrahl durchläuft die Bohrung einer Düse, kurz bevor er auf die Platte trifft. Durch diese Düsenbohrung fließt auch ein komprimiertes Gas wie Sauerstoff oder Stickstoff.
Die hohe Leistungsdichte führt zu einer schnellen Erwärmung, zum Schmelzen und zur teilweisen oder vollständigen Verdampfung des Materials. Beim Schneiden von Weichstahl reicht die Hitze des Laserstrahls aus, um einen typischen „Fuel-Brennprozess“ zu starten, und das Laserschneidgas ist reiner Sauerstoff, genau wie bei einem Fuel-Brenner. Beim Schneiden von Edelstahl oder Aluminium schmilzt der Laserstrahl einfach das Material, und Stickstoff unter hohem Druck wird verwendet, um das geschmolzene Metall aus dem Schnitt herauszublasen.
Für ein Laserschneidmaschinewird der Laserschneidkopf in der Form des gewünschten Teils über die Metallplatte bewegt und schneidet so das Teil aus der Platte. Ein kapazitives h8-Steuerungssystem hält einen sehr genauen Abstand zwischen dem Ende der Düse und der zu schneidenden Platte ein. Dieser Abstand ist wichtig, da er bestimmt, wo sich der Brennpunkt im Verhältnis zur Plattenoberfläche befindet. Die Schnittqualität kann beeinflusst werden, indem der Brennpunkt von knapp über der Plattenoberfläche, an der Oberfläche oder knapp unter der Oberfläche angehoben oder abgesenkt wird.
Eine Laserschneidmaschine funktioniert, indem sie einen Laserlichtstrahl auf ein Stück Material fokussiert. Das Laserlicht ist so leistungsstark, dass es bei Fokussierung die Temperatur des zu schneidenden Materials so weit erhöht, dass das Material in dem kleinen Bereich, auf den der Strahl fokussiert ist, schmilzt oder verdampft. Oft wird ein Hilfsgas verwendet, um das geschmolzene Material aus dem Schnittbereich zu drücken. Dies gilt insbesondere für das Schneiden von Metallen oder dicken Materialplatten wie Sperrholz.
Um Formen zu schneiden, wird der Laserkopf bewegt, wobei eine Art Portal verwendet wird, um den Strahl über dem neuen Material zu positionieren, wodurch eine Linie anstelle eines kleinen Nadellochs geschnitten wird. Zu den Arten von Bewegungssystemen gehören Zahnstangen und Ritzel, Kugelumlaufspindeln und Linearmotoren. Linearmotoren sind am teuersten, aber am schnellsten und genauesten. Zahnstangen und Ritzel bieten nahezu die gleiche Geschwindigkeit und Genauigkeit, sind jedoch günstiger. Einige kleine Hobbylaser verwenden möglicherweise auch Zahnriemen und Schrittmotoren, um ihren Laserkopf zu bewegen. In allen Fällen trägt ein System mit Servos und Encoder-Feedback erheblich zur Genauigkeit bei. Laserschneidanlage, ebenso wie ein starrer, vibrationsisolierter Rahmen.
Für einen Laserschneidvorgang ist es wichtig, eine Wellenlänge zu wählen, die in dem zu schneidenden Material stark absorbiert wird.
Wenn die Laserenergie auf die Materialoberfläche gerichtet wird, absorbiert das Material so viel Energie, dass es sich schnell über seine Schmelztemperatur hinaus auf seine Zersetzungstemperatur erhitzt.
Bei der Zersetzungstemperatur zerfällt das Material und zerfällt. Dabei entstehen häufig Rauch oder Dämpfe.
Die Schnittkante kann auf ein niedrigeres Niveau erhitzt werden und tatsächlich schmelzen und sich neu bilden. Dies kann tatsächlich als eine Art Versiegelungsmechanismus verwendet werden, der beispielsweise bei faserigen Materialien nützlich ist, um ein Einfädeln zu verhindern.
Beim Laserschneiden ist es ratsam, den Laser so auszurichten, dass sich der beim Schneidprozess entstehende Rauch nicht als Ruß auf der Laseroptik absetzt. Beim Schneiden (oder Schweißen) stark reflektierender Oberflächen ist es außerdem wichtig, zu verhindern, dass der Laserstrahl von der Oberfläche zurück in die Laseroptik reflektiert wird, da dies diese beschädigen kann.
