Unterschiede zwischen Faserlaser und CO₂-Laser

Einführung

Der Hersteller sollte sich darüber im Klaren sein, dass der Faserlaser eine neue Ära der modernen Fertigungsrevolution einläutet. Mit ihren ultrapräzisen, schnellen und berührungslosen Schneid-, Markier- und Gravierfunktionen verändern sie die Fertigungslandschaft. Zu den verschiedenen Branchen, die von dieser Technologie profitieren, gehören die Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Elektronik- und Medizintechnikbranche. Faserlaser und CO₂-Laser gelten als zwei der am häufigsten in der Industrie eingesetzten Laser, die jeweils ihre eigenen Stärken und Schwächen haben.

• Ein Laserstrahl hat eine Wellenlänge von 1.060 nm, und die CO₂-Lasertechnologie verwendet einen Wellenlängenbereich von 10.600 nm.
• Um einen Hochleistungslaserstrahl zu erzeugen, verwenden Faserlaser optische Festkörperfasern, die mit einem Seltenerdelement, wie Erbium oder Ytterbium, dotiert sind.
• CO₂-Laser sind ein Gasgemisch aus Stickstoff, Kohlendioxid und Helium, das zur Lichterzeugung verwendet wird.

Dieser Artikel enthält einen umfassenden Vergleich von Faserlasern und CO₂-Lasern, in dem die strukturellen Unterschiede, die Betriebsmechanismen, die Effizienz, die Wartungsanforderungen und die Anwendungen untersucht werden. Am Ende werden Sie wissen, welche Technologie für die Anforderungen Ihrer Branche am besten geeignet ist.

Was ist ein Faserlaser?

Bei der Faserlasertechnologie wird ein Festkörperlaser mit einer optischen Faser als Verstärkungsmedium verwendet. Die Dotiersubstanz der Kernfaser besteht aus Seltenerdelementen wie Ytterbium (Yb), Erbium (Er) oder Neodym (Nd), die den Laserstrahl verstärken. Die Diode leitet das Licht in einen scharfen Laserstrahl, der zum Schnitzen und Gravieren von Metall, Kunststoff und vielen anderen Materialien verwendet wird.

- Arbeitsprinzip

Ein Faserlaser durchläuft während seiner Bearbeitung eine Reihe von Schritten. Hier sind diese vier Schritte.

1. Eine Pumpdiode erzeugt Licht, das sich auf den Faserkern ausbreitet, und das Licht wird gepumpt.
2. Der dotierte Faserkern verstärkt dieses Licht, während es in der Faser zurückprallt, um bessere Ergebnisse zu erzielen.
3. Das Licht wird verstärkt und erscheint als gebündelter und kohärenter Lichtstrahl zur Emission.
4. Der Strahl wird durch ein flexibles Glasfaserkabel direkt zum Schneid- oder Markierkopf geleitet, um ihn dort abzugeben.

- Bestandteile

Ein Faserlaser besteht aus verschiedenen Teilen. Hier ist die Liste von ihnen, und ihre kombinierte Funktion ermöglicht es, die Aufgabe angemessen zu erledigen.

1. Zur Lichterzeugung und -verstärkung wird eine mit einem Seltenerdmaterial dotierte Glasfaser verwendet.
2. Die erste Lichtquelle des Seltenen Erden-Elements wird durch die Pumpdiode aktiviert.
3. Die Laseraktion beginnt, sobald die Pumpdiode Licht erzeugt.
4. Dabei kann der dotierte Faserkern als Verstärkungsmedium des Lasers dienen.
5. Schließlich krümmt die Laserfaserlinse den Strahl, um ihn zu schneiden oder zu gravieren.

- Vorteile von Faserlasern

Faserlaser haben die Welt der Metallverarbeitung revolutioniert und ermöglichen das Schneiden, Gravieren und Schnitzen einer Vielzahl von Materialien.

1. Stabiler elektrisch-optischer Umwandlungswirkungsgrad von bis zu 90%.
2. Es gibt keine Spiegel und keine schweren Gasrohre, und es hat eine geringe Größe.
3. Es gibt keine beweglichen optischen Teile, und die Laserfaser hat ein vollständig abgedichtetes System.
4. Ein Faserlaser kann mehr als 100.000 Betriebsstunden haben.
5. Mit einem Faserlaser kann der Punkt, der so klein wie 90% der CO₂-Lasergröße sein kann, mit feineren Details getroffen werden.
6. Am besten geeignet für reflektierende Metalle, wie Aluminium, Kupfer und Messing.

Kennen Sie sich mit CO₂-Lasern aus?

CO₂-Laser, eine Art Gaslaser, der einen Hochleistungslaserstrahl durch die Kombination von Gasen erzeugt, wobei Kohlendioxid als Basis dient, sind seit den 1970er Jahren ein zuverlässiges Werkzeug in der Fertigungsindustrie. Aufgrund ihres langjährigen Einsatzes und ihrer bewährten Erfolgsbilanz eignen sie sich besonders gut für nichtmetallische Werkstoffe.

- Funktionsprinzip

1. In einem ersten Schritt werden die Stickstoffmoleküle des Gasgemischs durch einen elektrischen Strom angeregt.
2. Von den angeregten Stickstoffmolekülen wird Energie auf die CO₂-Moleküle übertragen.
3. Die CO₂-Moleküle senden Photonen aus, die den Laserstrahl erzeugen.
4. In der Röhre wird das Licht von Spiegel zu Spiegel reflektiert, bis durch optische Resonanz ein stabiler Laserstrahl über einen Teilspiegel emittiert wird.

- Bestandteile

1. Die Hauptkomponenten des Systems sind ein Gasrohr, das mit Kohlendioxid, Stickstoff und Helium gefüllt ist.
2. Die Elektroden im System sorgen dafür, dass die Gasmoleküle aufgeladen werden.
3. Ein CO₂-Laser hat einen Spiegel, der den Laserstrahl bündelt und verstärkt.
4. Das System verfügt über ein eingebautes Kühlsystem, das die bei der Benutzung entstehende Wärme ableitet.

- Vorteile von CO₂-Lasern

1. Sie können das CO₂ auf verschiedenen Materialien wie Holz, Acryl, Glas, Stoff und Kunststoffen verwenden, die Beispiele für nichtmetallische Materialien sind, die sich für dieses Verfahren eignen.
2. Die Verwendung eines CO₂-Lasers ermöglicht sauberere und glattere Schnitte bei dickerem Material.
3. Seit langem erprobt und im Einsatz.
4. Im Vergleich zu einem Faserlaser erfordert sein Betrieb weniger Wartung.
5. Er hat niedrige Anlaufkosten, die in der Regel geringer sind als bei Faserlasern.

Unterschiede zwischen Faserlasern und CO₂-Lasern

Sowohl Faser- als auch CO₂-Laser haben ihre Vorteile und Einsatzmöglichkeiten. Es gibt jedoch auch bestimmte Bereiche, in denen sich diese beiden Technologien unterscheiden.

Wellenlänge und Absorption

Ein Gaslaser und ein Faserlaser haben unterschiedliche Wellenlängen und Absorptionsraten. Hier ist der Unterschied zwischen den beiden:

Laser-Typ	Wellenlänge	Materialabsorptionseigenschaften
Faserlaser	1,06µm	Der Faserlaser ist ideal für Metalle; reflektierende Materialien absorbieren ihn stark.
CO₂-Laser	10,6µm	Der Einsatz eines CO₂-Lasers eignet sich am besten für organische Materialien wie Holz und Kunststoffe und nicht für reflektierende Oberflächen.

• Die Verwendung des Faserlasers, der eine kürzere Wellenlänge hat, um eine bessere Absorption in Metalloberflächen zu erreichen.
• Aufgrund der größeren Wellenlänge des CO₂-Lasers ist er nicht für den Einsatz auf reflektierenden Oberflächen geeignet.

Materialien schneiden

Faserlaser und CO₂-Laser werden zum Schneiden von Materialien eingesetzt, wobei die Kompatibilität der beiden Technologien mit verschiedenen Materialien unterschiedlich ist. Der Hersteller hat erkannt, dass der Faserlaser am effektivsten für das Schneiden von reflektierenden Metalloberflächen ist, während der CO₂-Laser besser für das Schneiden organischer Materialien wie Holz und Textilien geeignet ist.

Materialien	Faserlaser	CO₂-Laser
Rostfreier Stahl	Wirksam	Weniger wirksam
Aluminium	Wirksam	Weniger wirksam
Kupfer	Wirksam	Nicht wirksam
Messing	Wirksam	Nicht wirksam
Textilien	Nicht wirksam	Wirksam
Holz	Nicht wirksam	Wirksam
Kunststoff	Nicht wirksam	Wirksam
Glas	Nicht wirksam	Wirksam

 

Energieeffizienz und Stromverbrauch

Beide Technologien haben eine unterschiedliche Energieeffizienz und einen unterschiedlichen Stromverbrauch. Hier sind die Details:

• Die Wall-Plug-Wirkungsgrade für Faserlaser liegen zwischen 30% und 40%.
• Im Gegensatz dazu erreichen CO₂-Laser einen Wirkungsgrad von nur 5-10%.

Folglich verbrauchen Faserlaser im Vergleich zu CO₂-Lasern mit derselben Ausgangsleistung etwa 70% weniger Energie. Ein 6-kW-CO₂-Laser benötigt beispielsweise etwa 70 kW Leistung, während ein 6-kW-Faserlaser nur 18-20 kW benötigt. Daher sind die Betriebskosten bei der Verwendung von Faserlasersystemen fast 50% günstiger.

Schnittgeschwindigkeit und -genauigkeit

• Bei dünnen Materialien schneiden Faserlaser bis zu 3-5 mal schneller als CO₂-Laser, 2,0 mal schneller als CO₂.
• Bei Materialien mit einer Dicke von mehr als zwanzig Zentimetern haben CO₂-Laser eine größere Wirkung, da die Kanten glatter sind.

Faserlaser bieten auch:

• Höhere Schnittgenauigkeit durch kleinere Schnittfugenbreiten.
• Präziseres Schneiden in Bezug auf die Reduzierung der Spotgröße.
• Verbesserte Konsistenz bei komplizierten Arbeiten wie Gravieren und Mikroschneiden.

Material	Faserlaser Geschwindigkeit (mm/s)	CO₂ Laser Geschwindigkeit (mm/s)
3 mm rostfreier Stahl	55	20
10mm Aluminium	25	10
6 mm Baustahl	40	15

Wartung und Lebensdauer

Damit eine Maschine richtig funktioniert, muss sie regelmäßig überprüft werden. Bestimmte Maschinen erfordern jedoch mehr Wartung als andere.

Faserlaser:

• Das Fehlen von Spiegeln oder Gasnachfüllungen macht eine Wartung überflüssig.
• Das Faserlasersystem hat einen Wettbewerbsvorteil mit einer Nutzungsdauer von über 100.000 Stunden.
• Es hat ein versiegeltes und kompaktes Design, das mögliche Verunreinigungen minimiert.

CO₂-Laser:

• Für eine ordnungsgemäße Wartung ist eine regelmäßige Ausrichtung und Reinigung der Spiegel erforderlich.
• Das Nachfüllen von Gas und der Austausch der Optik führen zu unnötigen Ausfallzeiten.
• Die typische Lebensdauer beträgt 20.000-30.000 Stunden.

Wartung

Für den CO₂-Laser ist alle 6-12 Monate eine Inspektion erforderlich. Dies stellt eine erhebliche Verbesserung gegenüber CO₂-Lasern dar, bei denen alle 3-6 Monate eine Ausrichtung und Reinigung erforderlich ist.

Kostenanalyse

Kategorie	Faserlaser	CO₂-Laser
Anfängliche Kosten	Höher	Unter
Betriebskosten	Unter	Höher
Wartungskosten	Minimum	Mäßig bis hoch
Eigentumskosten	Unter	Höher

Anwendungsszenarien

- Verwendungszwecke von Faserlasern

1. Es kann zum Schneiden, Schweißen und Gravieren von rostfreiem Stahl, Aluminium und Kupfer verwendet werden.
2. Das Schneiden und Markieren von Präzisionsteilen in der Automobilindustrie.
3. Trimmen von Leiterplatten und Markieren von Seriencodes in der Elektronikfertigung.
4. Faserlaser können zum Schneiden von Leichtmetalllegierungen in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden.
5. Es kann für die Gravur von feinen ID-Marken in medizinischen Geräten verwendet werden.

- Einsatzmöglichkeiten von CO₂-Lasern

1. Ein CO₂-Laser wird für die Gravur auf Karton, Kunststoff und Glas verwendet.
2. Hersteller verwenden es zum Schneiden und Gravieren von Möbelteilen.
3. CO₂-Laser werden in der Textilindustrie zum Schneiden von Stoffen und Entwerfen von Mustern eingesetzt.
4. Gravur auf Acryl und Glas in der Beschilderungs- und Werbeindustrie.
5. Es kann für die Gravur von organischen Materialien zu dekorativen Zwecken verwendet werden.

Schlussfolgerung

Faserlaser und CO₂-Laser haben einige Gemeinsamkeiten, doch gibt es auch deutliche Unterschiede zwischen den beiden Technologien.

• Hier wird erläutert, dass Faserlaser in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt- und Elektronikindustrie Metalle schneller, präziser und effizienter schneiden.
• Andererseits eignen sich CO₂-Laser immer noch gut zum Schneiden von Nichtmetallen wie Holz, Acryl und Stoffen und hinterlassen feine, glatte Kanten.

Während Faserlaser billiger in Wartung und Betrieb sind, hat der CO₂-Laser niedrigere Anschaffungskosten. Letztendlich hängt die Wahl von der Art des Materials, der geforderten Schnittqualität und dem Umfang der Produktion ab, um den effizientesten Fertigungsprozess zu gewährleisten.