Der Unterschied zwischen einem CO₂- und einem Faserlaser

Fast alle Laserschneidmaschinen in unseren Produktionshallen sind mit einem Faserlaser ausgestattet. Nur wenige verfügen noch über einen CO₂-Laser. Die Antwort auf das Warum liefern die folgenden drei Punkte:

1. Was ist ein CO₂-Laser?

2. Was ist ein Faserlaser?

3. CO₂-Laser versus Faserlaser: Was ist der Unterschied?

1. Was ist ein CO₂-Laser?

Ein CO₂-Laser ist eine Art Gaslaser, der mithilfe eines Gasgemisches einen leistungsstarken Infrarotlaserstrahl erzeugt.

Das funktioniert wie folgt:

In einer Röhre befindet sich ein Gasgemisch aus Kohlendioxid (CO₂), Stickstoff und Helium. Eine elektrische Spannung regt die Stickstoffmoleküle an, die ihre Energie an die CO₂-Moleküle abgeben. Diese emittieren Licht, das über Spiegel und eine Linse gezielt auf das Material gerichtet wird. Helium leitet überschüssige Energie ab und hält den Laser stabil. Die entstehende Hitze schneidet das Material durch oder graviert es.

Der Laserstrahl hat eine Wellenlänge von 10,6 µm und gehört zum Infrarotlicht.

2. Was ist ein Faserlaser?

Ein Faserlaser ist ein Festkörperlaser (auch Solid-State-Laser genannt). Mithilfe einer optischen Faser, die durch seltene Erden wie Ytterbium verstärkt wird, wird ein Laserstrahl erzeugt.

Das geschieht wie folgt:

In der Pumpquelle erzeugt eine Laserdiode Licht (noch kein Laserlicht!). Dieses Licht wird in ein Glasfaserkabel geleitet. Diese Faser ist mit dem Seltenerdelement Ytterbium (Yb) dotiert. Die Ytterbium-Ionen absorbieren das Licht und senden es wieder aus — diesmal mit höherer Intensität. An den Enden der Faser befinden sich Spiegel, durch die das Licht hin und her reflektiert wird. Mit jeder Reflexion nimmt die Intensität zu. Sobald sie ausreicht, wird der Strahl über ein flexibles Lichtleiterkabel zum Schneidkopf geführt. Die Linse im Schneidkopf fängt ihn auf, bündelt ihn und erzeugt einen fokussierten Laserstrahl.

Dieser Laserstrahl hat eine Wellenlänge von 1,06 µm. Auch er gehört, genau wie beim CO₂-Laser, zum Infrarotlicht.

3. CO₂-Laser versus Faserlaser: Was ist der Unterschied?

Die Funktionsweise beider Lasertypen unterscheidet sich grundlegend. Das wirkt sich auf Lichtquelle, Wellenlänge, Anwendung und Effizienz aus. Die folgende Tabelle verdeutlicht dies:

In den späten 1970er-Jahren waren CO₂-Laser die erste Wahl beim Laserschneiden von Metall. Diese Laser sind jedoch wartungsintensiv, haben einen hohen Energieverbrauch, eine relativ geringe Schnittgeschwindigkeit und Schwierigkeiten mit stark reflektierenden Oberflächen — wie sie etwa bei Aluminium und Kupfer vorkommen.

Mit dem Aufkommen der Faserlaser Ende der 1990er-Jahre bot sich eine Alternative, die diese Einschränkungen überwindet. Der Faserlaser hat sich als hochmoderne Technologie etabliert und ist heute für viele Metallbearbeiter zum Standard geworden.

Zugegeben, bei dickeren Metallen (ab 5 mm) und rein geraden Linien liefern CO₂-Laser sauberere Schnittkanten als Faserlaser. Die Vorteile beim Faserlaser — Genauigkeit, Kosteneinsparung und Effizienz — überwiegen für große Produktionsunternehmen wie 247TailorSteel in der Regel jedoch deutlich.

CO₂-Laser werden also nach wie vor zum Laserschneiden von Metall eingesetzt. Sie kommen jedoch vor allem beim Schneiden von Nichtmetallen (wie Holz, Acryl, Textilien und Glas) zum Einsatz. Dafür sind Faserlaser aufgrund ihrer kurzen Wellenlänge von 1,06 µm weniger geeignet.

Haben Sie noch Fragen zu CO₂- und Faserlasern?

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Dieser Artikel wurde in Zusammenarbeit mit TRUMPF verfasst.

Quelle des Titelbildes: TRUMPF Group