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1 Sonderdruck aus Euro Laser2 09 Zeitschrift für die industrielle Laseranwendung. Juni 2009 Sealed-Off-CO2-Laser mit Watt erschließen neue Anwendungen und senken Betriebskosten Versiegelt und leistungsstark

2 Sealed-Off-CO 2 -Laser mit Watt erschließen neue Anwendungen und senken Betriebskosten Versiegelt und leistungsstark In den letzten Jahrzehnten haben Sealed-Off CO 2 Laser auf Grund ihrer sehr guten Eigenschaften das Bohren, Schneiden und Gravieren von Folien, Papier und Kunststoffen revolutioniert. Der Sealed-Off CO 2 Laser ist ein kompaktes Werkzeug und kann mit geringen Aufwand in verschiedenste Produktionsanlagen integriert werden. Um den Markt für diese Technologie auszubauen, haben sich Hersteller wie Coherent auf die wichtigsten Eigenschaften wie die Laserstrahlqualität, die Betriebskosten und die Verfügbarkeit des Lasers konzentriert. Gesteigerte Laserleistungen von bis zu Watt machen inzwischen auch die Bearbeitung von Kunststoffen, Kohlefaserverbundwerkstoffen und Metallen möglich. Der Sealed-Off- CO 2 -Laser Diam o n d E k a n n dank einer Ausgangsleistung von Watt Metall b i s z u m e h r e r e n Millimetern Materialstärke schneiden, was das Anwendungsspektrum der Sealed Off Technol o g i e e r w e i t e r t. D e r D i a m o n d E-1000 ist so komp a k t, d a s s e r d i r e k t an Roboter und in kleine Schneidanlagen integriert werden kann. 42 EuroLaser 2/09 Strahlquellen

3 Der Markt für CO 2 Laser zum Schneiden lässt sich in zwei Kategorien unterteilen. Die erste Kategorie ist das Schneiden von Metall von 1 bis25 mm Materialstärke mit Laserleistungen von 2kW bis 6kW. Dies ist die größere Kategorie von beiden, bei der es überwiegend um maximale Schnittgeschwindigkeit und größte Flexibilität in Bezug auf die zu schneidende Materialstärke geht. Schneidanlagen dieser Art sind typischerweise sehr groß und weisen hohe Betriebskosten auf. Die Größe des Lasers und dessen Unterhaltskosten spielen keine große Rolle. Bei der zweiten Kategorie handelt es sich um Schneidanlagen für das Trennen von Kunststoff, Textilien, Holz und anderen organischen Materialien, aber auch von Metallen bis zu 2 mm Materialstärke. Diese Kategorie wird von Lasern mit einer Ausgangsleistung von 100 W bis 600 W bedient. Hier spielt die Schnitt- und Kantenqualität eine große Rolle. Des Weiteren sind die die kompakte Bauweise und deren geringe Betriebskosten von großer Bedeutung. Slab Laser sind vor annähernd 20 Jahren vorgestellt worden um vordringlich die Anforderungen der zweiten Kategorie zu erfüllen. Das Lasergas wird bei diesen Lasern zwischen zwei großen Elektroden angeregt und durch diese diffusionsgekühlt; das Gas muss also nicht extern gekühlt und somit nicht umgewälzt werden. Die Laser Gas Füllung erfolgt im Herstellerwerk, anschließend wird der Laser versiegelt daher der Name Sealed Off Laser. Das Slab Design bietet drei wesentliche Vorteile: das kompakte Design, die hervorragenden Laserstrahleigenschaften und die geringen Betriebskosten. Die Laserleistung von Slab Lasern ist durch die Fläche der Elektroden definiert. Diese bestimmen die physikalische Größe des Lasers. Dank ihres besten Leistung/Größe Verhältnis vereinfachen Slab Laser die Integration in automatisierte Produktionsanlagen. Durch Strahlformungsoptiken kann ein Gauss Laserprofil mit einem M2 von kleiner als 1,2 hergestellt werden. Dies bedeutet, dass der Laserstrahl fein fokussiert werden kann und im Fokus hohe Intensität aufweist. So werden höhere Schnittgeschwindigkeiten bei guter Schnittqualität erreicht und die wärmebeeinflusste Zone reduziert. Ein weiteres wichtiges Merkmal der Slab Laser Technologie ist deren Pulsverhalten. Kurze Puls-Abfallzeiten sind wichtig, weil durch diese mehr Pulsenergie oberhalb des kritischen Schwellenwertes liegt. Laserenergie unterhalb dieses Schwellenwertes vergrößert die wärmebeeinflusste Zone und reduziert die Prozesseffizienz. Slab Laser sind im Vergleich zu herkömmlichen CO 2 Lasern sehr energieeffizient. Sie wandeln 17 Prozent der elektrischen Eingangsleistung in optische Ausgangsleistung um. Es ist keine externe Gasversorgung erforderlich, was alle damit verbundenen Kosten inklusive den Wartungsintervallen eliminiert. Alle diese Faktoren machen die Betriebskosten von Slab Lasern im Vergleich zu herkömmlichen Lasern der gleichen Leistungsklasse hoch attraktiv. Slab CO 2 Laser sind durch Ihre guten Eigenschaften und die geringen Betriebskosten seit vielen Jahren im Markt etabliert. Jedoch verlangen Kunden nach höherer Ausgangsleistung und noch höherer Produkt Verfügbarkeit. Um der Forderung nach höherer Leistung zu nachzukommen erweitert Coherent seine Diamond E-Serie Familie. Der Diamond E-1000 ist der erste sealed Off Slab CO 2 Laser mit einer Ausgangsleistung von W und einer Pulsspitzenleistung von mehr als 2,5 kw. Der Diamond E-1000 Laser bietet viele Innovationen, für die die Diamond E-Serie bekannt ist. Die augenscheinlichste Innovation ist das im Laserkopf integrierte HF Netzteil. Das HF Kabel, das rund 12kW HF Leistung übertragen müsste, wird nicht mehr benötigt. Die Einsparung des HF Kabels führt neben der Erhöhung der Produktverfügbarkeit zu einer Verringerung der Kosten und zu einer Vereinfachung der Integration in eine Maschine. Viele Details der Laserröhre sind im Zuge des Entwicklung des Diamond E-1000 Lasers berücksichtigt worden. Neue Materialien und Herstellungsprozesse haben dazu geführt, dass Partikel und organi- Durch die gute Laserstrahlqualität und das Pulsverhalten werden Produktionsraten von herkömmlichen schnell geströmten Lasern übertroffen. Tests bei Beta Test Kunden haben erwiesen, dass die Kombination von kurzen Pulsabfallzeiten und sehr guter Strahlqualität dazu führen, dass einige Materialien doppelt so schnell geschnitten werden können wie mit herkömmlichen, schnell geströmten W-CO 2 Lasern. Strahlquellen EuroLaser 2/09 43

4 sche Materialien, welche die Lebensdauer reduzieren, innerhalb des Röhre beseitigt wurden. Die Elektroden wurden neu überarbeitet, die Kühlung wurde verbessert und deren Effizienz gesteigert. Im Falle von thermischen Veränderungen innerhalb der Laserröhre bleibt das exzellente Modenprofil des Lasers erhalten. Die geringe Strahldivergenz von weniger als 2 mrad und der große Strahldurchmesser machen den Einsatz einer Strahlaufweitung überflüssig, auch beim Einsatz in Maschinen mit einem langen Strahlweg. Dies führt zu weiteren Kosteneinsparungen bei der Integration. Strahldurchmesser, -divergenz und -höhe von der Grundplatte sind bei dem Diamond E-1000 identisch zum E-400, was dem Kunden die Integration vereinfacht und die weiteren Investitionskosten für Strahlführung durch eine hohe Anzahl von Gleichteilen verringert. Um die Produktverfügbarkeit zusätzlich zu verbessern, können im Diamond E-1000 durch eine Systemdiagnose kontinuierlich Parameter wie Temperaturen oder HF- und Laserausgangsleistung überwacht werden. Die Steuerung des Diamond E-1000 beinhaltet einen Webserver, so dass die Information durch eine Ethernetschnittstelle oder Internet dem Bediener, dem Maschinen- oder dem Laserhersteller zur Verfügung stehen. Systemstörungen oder -warnungen werden unmittelbar erkannt, was die Maschinenstillstandszeiten und somit auch die Wartungskosten reduziert. In der Zukunft soll dieses Diagnosekonzept jedoch zu vorbeugenden Wartungsmaßnahmen führen, denn der Bediener wird auf mögliche Störungen aufmerksam gemacht, bevor sie entstehen. Als Resultat der in Bezug auf Produktverfügbarkeit konsequenten Produktenwicklung kann für die Diamond E-Serie ein MTBF von mehr als Stunden nachgewiesen werden, was Serviceintervallen von mehr als vier Jahren entspricht. Die Ausgangsleistung von 1 kw ermöglicht schnellere Schnittgeschwindigkeiten und somit erhöhten Durchsatz bei einer Vielzahl von herkömmlichen Slab-Laser- Anwendungen, wie zum Beispiel Schneiden und Perforieren von Papier und Plastik oder Schneiden von Glas. Darüber hinaus kann mit einem Laser dieser Leistungsklasse Metall

5 bis zu mehreren Millimetern Materialstärke geschnitten werden, was das Anwendungsspektrum der Sealed Off Technologie erweitert. Durch die gute Laserstrahlqualität und das Pulsverhalten werden Produktionsraten von herkömmlichen schnell geströmten Lasern übertroffen. Tests bei Beta Test Kunden haben erwiesen, dass die Kombination von kurzen Pulsabfallzeiten und sehr guter Strahlqualität dazu führen, dass einige Materialien doppelt so schnell geschnitten werden können wie mit herkömmlichen W-CO 2 Lasern. Des Weiteren kann nur die Slab Technologie die kompakte Bauweise, die hohe Verfügbarkeit und die geringen Betriebskosten anbieten, die heutzutage zum Beispiel in der Druckindustrie gefordert sind. Autoren: Stuart Woods und Frank Gäbler Halle C2 Stand 365

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