Alles over Lasersnijden – Contour

Lasersnijden

Lasersnijden is een plaatbewerking waarmee losse plaatwerk onderdelen uit grotere metaalplaten worden gesneden. Deze grotere metaalplaten kopen wij in standaard rechthoekige handelsformaten bij groothandels. De onderdelen die wij uit deze platen snijden kunnen alle denkbare vormen hebben, precies zoals nodig is voor het eindproduct van onze klant.

Het lasersnijden is een snelle en nauwkeurige bewerkingstechniek, waarmee op een betrouwbare manier producten van hoge kwaliteit kunnen worden geproduceerd. Lasersnijden is vaak de eerste bewerking die wij voor een eindproduct uitvoeren. Na het lasersnijden volgen andere bewerkingen zoals kanten (buigen), pemserten, frezen, puntlassen, poederlakken, lassen en montage.

Op deze pagina hebben wij alles uitgelegd wat je moet weten over de metaalbewerkig lasersnijden.

MEER OVER PLAATWERK

Voordelen van lasersnijden

De techniek van lasersnijden heeft verschillende voordelen, een overzicht:

  • Zeer hoge mate van vormvrijheid

    De laserkop kan op hoge snelheid ieder gewenst traject afleggen. De te produceren vormen zijn daardoor niet beperkt tot de beschikbare stans/ponsgereedschappen.

  • Geen verbranding op de snijrand (oxidatie)

    Wanneer er tijdens het lasersnijden gebruik wordt gemaakt van het inerte stikstof als snijgas, is het mogelijk om te snijden zonder oxidatieverkleuring/vervuiling van de snijrand. Nabewerking is daardoor meestal niet nodig.

  • Geen stansovergangen

    Wanneer plaatwerk gestanst wordt, worden contouren gesneden door het stanskop overlappende stansingen te laten maken. Op deze overgang ontstaat een zogenaamde stansovergang; een voelbare en soms scherpe ‘ribbel’ op het eindproduct.

  • Beperkte hitte-inbreng

    Een laserstraal is een zeer dunne en gefocuste manier snijden, waardoor de thermische vervorming van het materiaal miniem is. Tijdens het maken van het CADCAM programma, waarbij de route wordt bepaald die de snijkop aflegt, houden wij bovendien rekening met de optimale verdeling van warmte in de te snijden plaat. Daardoor kunnen wij producten met zeer nauwkeurige toleranties lasersnijden.

  • Minimaal materiaalverlies

    De breedte van de gesneden lasernaad is zeer dun vergeleken met de minimale diameter van ponsgereedschap. De te snijden producten kunnen daardoor dicht op elkaar worden gepositioneerd in de plaat waar de producten uit gesneden worden.
    Ook is er bij lasersnijden met een vlakbedlaser met vliegende optiek geen sprake van materiaalverlies, zoals dat bij een snijtafel met stationaire snijkop en klemmenstrook wel het geval is. Als de laser/ponskop stationair blijft terwijl de plaat bewogen wordt, wordt de plaat doorgaans vastgeklemd door klemmen die de plaat heen en weer kunnen bewegen. Daardoor kan er binnen dit klemmenbereik niet gesneden worden.

  • Hoge productiesnelheid

    Een laserkop kan op hoge snelheid een plaatwerk product uit de basisplaat uitsnijden. Bij grotere plaatdiktes kan er op de ponslasercombinatie bovendien gebruikt worden gemaakt van een enkel ponsgat (niet in het eindproduct zelf) om de zogenaamde piercetijd te reduceren. De piercetijd is de tijd die het kost om de eerste insteek in een plaat te snijden. De totale piercetijd per product kan bij platen met grote aantallen gaten snel oplopen. Wanneer dit insteken met hoog vermogen op hoge snelheid in dikkere platen gedaan wordt, ontstaan er laserspetters (spetters gesmolten metaal) die zich op het eindproduct vastsmelten. Een voorponsing, is een efficiente manier om zonder vervuiling, oxidatie, en hitte-inbreng in de plaat een start te maken voor een snijlijn.

  • Hoge capaciteit

    De lasersnijmachine van Contour kan onbemand buiten werktijden produceren. De machine kan dus onbemand produceren en snel op- en afschalen om mee te bewegen met de planning van onze klant.

    De onbemande productie wordt mogelijk gemaakt door de te snijden programma’s in een wachtrij voor te bereiden, de lasersnijmachine optimaal in te regelen, en door gebruik te maken van een automatisch beladingsmagazijn van plaatmateriaal.

  • Lasersnijden zonder microjoint mogelijk

    Bij Contour kunnen wij producten zonder microjoint lasersnijden. Ook als het kleine producten betreft. Een microjoint is een minieme onderbreking in de snijlijn van het buitencontour van een product. De microjoint houdt het gesneden onderdeel als het ware vast in de grotere plaat waaruit het gesneden wordt. Bij het uitrapen wordt het product dan uit het geraamte gedrukt, getrokken of getikt.
    Microjoints worden bij plaatwerk toegepast om te voorkomen dat de gesneden producten tijdens het snijden kantelen en botsen met de snijkop, of door het snijbed vallen en bij het snijafval terecht komen.
    Een nadeel van de microjoint is echter dat deze een scherpe ‘ribbel’ in het eindproduct oplevert of ten koste gaat van vervolgbewerkingen of kritische toleranties. Daardoor is er extra nabewerking nodig om de microjoint te verwijderen.
    Bij Contour kunnen wij zonder microjoints lasersnijden doordat wij een eigen fijnmaziger snijbed hebben ontwikkeld en slim gebruik maken van de CADCAM software. Wanneer de opening in het snijbed alsnog te groot is en een product daar tussendoor kan vallen, kunnen wij met onze ponslasercombinatie kleine contouren snijden. De producten kunnen met deze machine, wanneer zij worden losgesneden, door een klep onder het snijbed vallen en in een verzamelbak worden opgevangen.

Video van lasersnijden

Plaatbewerking lasersnijden

Laser is een bron van elektromagnetische straling met een golflengte tussen het ultraviolette en infrarode spectrum. Het laserlicht zelf kan daarom vaak niet worden waargenomen met het menselijk oog. Desondanks spreken we van “laserlicht”.

De term “Laser” is van oorsprong een Engelse afkorting: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.
Een combinatie van drie eigenschappen maakt laser bijzonder geschikt om metaal mee te snijden.

Laserlicht is (1) monochromatisch, dat wil zeggen dat er licht van slechts een enkele uniforme golflengte wordt opgewekt. Daarnaast is laserlicht (2) coherent, wat wil zeggen dat de golflengte van alle lichtgolven in fase met elkaar synchroon zijn. Tot slot is laserlicht (3) directioneel, dat wil zeggen dat het licht in een enkele lijn opgewekt wordt en te richten is; het licht verspreid zich niet zoals bij een gloeilamp in alle richtingen rondom de lichtbron.

Schematische weergave lasernsijden

Schematische weergave van snijkop

Doordat het laserlicht niet convergeert of divergeert, is het laserlicht goed inzetbaar om te richten op een zeer kleine gefocuste plek. Bij hoge vermogens, wordt deze kleine plek door de overgebrachte energie zodanig verwarmd dat het materiaal waarop de laser gericht is smelt. Het gesmolten materiaal kan met snijgas uit de snede worden gedreven. Door de laserstraal vervolgens over het materiaal te bewegen, ontstaat er een snijlijn. Dit is het principe van de plaatbewerking lasersnijden.

CADCAM & CNC Lasersnijden

CNC Programma’s

De lasersnijmachines worden aangestuurd met CNC programma’s. CNC staat voor Computer Numerically Controlled. Een CNC programma is in feite een digitaal tekstbestand met instructies voor de lasersnijmachine.

In dit CNC bestand wordt o.a. vastgelegd welk materiaal de machine moet snijden, welke coördinaten de snijkop moet afleggen en op welke snelheden de snijkop moet bewegen. Ook bevat het CNC programma de zogenaamde snijparameters voor het lasersnijden. De belangrijkste snijparameters zijn het vermogen [W] dat de laserbron levert, de gasdruk [bar] die wordt toegepast voor het snijgas, en op welke hoogte [mm] het focuspunt van de laserstraal zich moet bevinden.

Offline geprogrammeerd

De CNC programma’s worden offline geprogrammeerd. Dat wil zeggen dat de CNC programma’s op computers gemaakt worden, terwijl de lasersnijmachine productie draait. De laseroperators hebben altijd verschillende CNC programma’s klaarstaan die zij kunnen starten aan de machine. Dat doen zij in de volgorde zoals de planning van de produceren productieorders dat voorschrijft.

CADCAM software

Het CNC programma wordt gemaakt met CADCAM software. CAD staat voor Computer Aided Design. CAM staat voor Computer Aided Manufacturing.

De CADCAM software die wij toepassen kan een 3D bestand van een gebogen plaatwerk onderdeel ‘uitvouwen’ naar een vlakke toestand. Deze vlakke plaat noemen we de ‘uitslag’. De ‘uitslag’ is hoe het plaatwerk onderdeel eruitziet op het moment dat het gesneden wordt op de laser, alvorens het gebogen wordt op een kantbank.

Deze uitslag wordt vervolgens voorzien van een bewerkingsplan voor het lasersnijden. In dit bewerkingsplan wordt vastgelegd op welke plek de laser moet piercen en welk traject de laserkop moet afleggen. Ook worden voor ieder buiten- en binnencontour de snijparameters vastgesteld. Het artikel wordt als het ware ‘getooled’. Het resultaat noemen we in jargon een ‘GMT’ bestand, en wordt opgeslagen in een artikelarchief. Door artikelen iedere productieserie met dezelfde tooling te produceren, bevorderen wij een constante kwaliteit van het lasersnijden. Het stelt ons in staat de snijprogramma’s continu verbeteren op basis van feedback van onze fabriek en klanten.

CNC Programma voor lasersnijden en ponsen

Tooling van artikel voor lasersnijden

MES Software

MES staat voor Manufacturing Execution System. De MES software is gekoppeld aan de planning waarin voorgeschreven wordt welke artikelen met welke aantallen geproduceerd moeten worden. De MES software groepeert alle te snijden plaatwerk onderdelen vervolgens per materiaal. Alle onderdelen van hetzelfde materiaal kunnen vervolgens worden in een metaalplaat worden ‘geschikt’ door het GMT bestand uit het artikelarchief te laden. Dit proces noemen we ook wel ‘nesten’. Deze ‘nestingen’ zijn de uiteindelijke CNC programma’s die de machineoperators in de machine kunnen laden om te kunnen lasersnijden.

Nesting: CNC programma voor lasersnijden

Nesting voor lasersnijden en ponsen

Lasersnijmachines

Contour beschikt over twee soorten machines waarmee wij plaatwerk kunnen lasersnijden. Namelijk een vlakbedlaser en een ponslasercombinatie. Beide machines beschikken over een CO2 laserbron met snijkop, echter is het mechanische principe van de plaatbewerking verschillend.

Vlakbedlaser

Bij de vlakbedlaser wordt de te snijden metaalplaat met een vacuümlift op het snijbed gepositioneerd. Het snijbed bestaat uit een rij van metalen verticaal opgestelde kammen. Het gesmolten plaatmateriaal wordt na het piercen van het plaatwerk aan de onderkant van de plaat tussen de kammen door naar de opvangbak voor het snijafval geblazen. Bij de vlakbedlaser blijft de te snijden plaat stil op het stationaire snijbed liggen. De snijkop beweegt tijdens het lasersnijden over het plaatwerk om de contouren te snijden. We noemen dit mechanisme een “vliegende optiek”, de snijkop ‘vliegt’ immers over de plaat die stil ligt.

Vlakbed Lasersnijmachine

Vlakbed lasersnijmachine

Als het plaatwerk gesneden is, wordt het snijbed uit de machine gereden. Daarna wordt de plaat met grijpers van het snijbed getild. Deze grijpers worden tussen de kammen bewogen en tillen de gesneden plaat van het snijbed om deze op een uitvoerpallet te leggen.

Snijbed en lift voor lasersnijden

Snijgrid met kammen en lift voor material handling bij lasersnijden

Ponslasercombinatie

Het principe van de ponslasercombinatie verschilt van de vlakbedlaser. Bij de ponslasercombinatie kan de snijkop slechts zeer beperkt bewogen worden (voor de kleine gaten). Hier is het juist metaalplaat die gesneden wordt die bewogen wordt. Dat bewegen wordt mogelijk gemaakt door de plaat met een vacuümlift op een borsteltafel te leggen. De metalen plaat wordt aan een kant met klemmen vastgezet. Door deze klemmen te bewegen, kan het metaal over de borsteltafel bewogen worden. Terwijl de laserkop stil blijft staan.

Ponslasercombinatie met snijtafel en klemmenstrook

Ponslasercombinatie met snijtafel en klemmenstrook

Dit principe heeft als consequentie dat losgesneden plaatwerk onderdelen uit de plaat moeten worden getild, alvorens het volgende onderdeel gesneden kan worden. Zou dat niet gebeuren, dan zouden de losliggende onderdelen alle kanten op schieten bij het bewegen van de plaat met de klemmen. Om het weghalen van losliggende plaatwerk onderdelen mogelijk te maken, kan de machine de plaatwerk onderdelen op het moment van lossnijden door een klep onder de plaat in een opvangbak laten glijden. Ook kan een vacuüm- of magneetlift de onderdelen vasthouden terwijl deze worden losgesneden. Als de onderdelen helemaal zijn losgesneden uit de grotere plaat, stapelt de lift de plaatwerk onderdelen keurig op een pallet.

Volautomatische plaat- en producthandling bij ponslasercombinatie

Doordat het bij de ponslasercombinatie de plaat is die beweegt tijdens het lasersnijden, is het mogelijk om naast de laserkop ook een zwaar geconstrueerde ponskop met actieve ondermatrijs in te zetten. De ponskop kan met een groot tonnage aan kracht op hoog tempo gaten in de plaat ponsen. Daar is een stevige constructie voor nodig, die niet zoals bij de “vliegende optiek” van de vlakbedlaser snel over de plaat kan worden bewogen.

Snijgas

De laserstraal wordt met het snijgas omhuld. Het snijgas wordt op hoge druk op het materiaal gericht. Het door de laser gesmolten materiaal wordt op die manier weggeblazen, waardoor het niet versmelt met de te snijden onderdelen en het niet als braam stolt aan de snijrand.

Doorgaans wordt er stikstof, zuurstof of perslucht ingezet als snijgas bij het lasersnijden. Bij Contour werken wij uitsluitend met stikstof als snijgas. Door gebruik te maken van het inerte stikstof voorkomen we dat het gesmolten materiaal chemisch reageert en door oxidatie (verbranding) verkleurt en vervuild raakt. Het resultaat is een zeer schone snijrand die niet hoeft te worden nabewerkt.

Als alternatief voor stikstof, kiezen sommige bedrijven ook voor zuurstof. Door zuurstof als snijgas toe te passen reageert het gesmolten materiaal met de zuurstof en verbrand het. Dit verbrandingsproces levert extra energie op tijdens het lasersnijden, waardoor er grotere snijsnelheden bereikt kunnen worden en grotere materiaaldiktes gesneden kunnen worden met hetzelfde laservermogen. Echter resulteert het verbrandingsproces in een oxidehuid op de snijrand die in veel gevallen moet worden nabewerkt. De oxidehuid belemmert een goede hechting van poederlak en werkt verstorend bij het lassen. Het gebruik van zuurstof als snijgas geeft dus een minder mooi snijbeeld.

Lasergesneden en gekant bracket

Lasergesneden en gekant bracket

Focus & lens

In de snijkop van een lasersnijmachine wordt de laserstraal gefocust met een lens met een vaste brandpuntsafstand. Op het brandpuntsafstand is de laserstraal het dunst en de energiedichtheid het hoogst. (Te vergelijken met het aansteken van papier met behulp van zonlicht en een loupe.)

Verschillende focusinstellingen bij lasersnijden

Verschillende focusinstellingen bij lasersnijden

Het brandpuntsafstand is een belangrijke instelling van invloed op de kwaliteit van de snijrand van het gesneden product. De lasersnijmachines meten constant de afstand van de snijkop tot de te snijden plaat. De hoogte van de snijkop wordt op basis van deze informatie bijgesteld. Op die manier wordt de hoogtepositie van het brandpunt ten opzichte van de te snijden plaat zo stabiel mogelijk gehouden.

Piercing en binnencontouren na lasersnijden

Piercing en binnencontouren na lasersnijden

Laserbronnen voor lasersnijden

Er zijn op dit moment twee soorten laserbronnen die veel toegepast worden bij het lasersnijden van plaatwerk. Namelijk de CO2 laser en de solid state laser. Die laatste wordt ook wel een fiber laser genoemd, verwijzend naar het medium waarmee de laserstraal bij de snijkop wordt gebracht in plaats van naar de bron van het laserlicht. Beide systemen kennen hun eigen specifieke voordelen.

CO2 Laserbron

De CO2 laserbron heeft als voordeel dat deze met de huidige stand der techniek de beste snijkwaliteit geeft; de snijrand van een met CO2 laser gesneden onderdeel is net wat gladder dan bij een fiber laser. Met name bij grotere materiaaldiktes is dit verschil merkbaar. Ook is er bij een CO2 laser slechts beperkte mate van optische afscherming nodig van de machine. Laserlicht opgewekt met een CO2 laser heeft een grotere golflengte dan het laserlicht van een solid state laser. Bij het laserlicht van een CO2 laser is er daarom minder gevaar voor reflectie van de laserstraal, een borstel tussen snijkop en plaatmateriaal om de laserkop volstaat als afscherming tijdens het lasersnijden.

Solid state, of fiber laser

Een solid state laser, meestal fiber laser genoemd, heeft als grote voordeel dat het licht met kleinere golflengte door een glasvezelkabel geleid kan worden. De solid state laserbron heeft bovendien een beter energetisch rendement. Ook bevat de laserbron minder onderdelen. Doordat er gebruik gemaakt kan worden van glasvezelkabels, kan de vliegende optiek van een vlakbedlaser veel lichter worden geconstrueerd. Waar er bij een CO2 laser een systeem van zorgvuldig uitgerichte spiegels wordt ingezet om het licht op de juiste plek te krijgen, volstaat een simpele glasvezel bij de solid state laser. Doordat hierdoor de bewegende snijkop en het bijbehorende geleidings- en aandrijfmechanisme lichter kan worden uitgevoerd, kan de snijkop op hogere snelheid over de plaat worden bewogen.

Plaatwerk monodeel

Plaatwerk monodeel

Lasersnijden FAQ

Wat is Lasersnijden?

Lasersnijden is een vorm van plaatbewerking waarbij contouren uit plaatmetaal worden gesneden. Het voordeel van lasersnijden is dat er sprake is van een grote mate van vormvrijheid ten opzichte van ponsen.

De laserstraal wordt tijdens het snijden omhuld met een snijgas. Het snijgas dient om het gesmolten materiaal uit de snede te blazen. Typisch wordt er voor stikstof of zuurstof als snijgas gekozen. Er wordt voor het inerte stikstof gekozen wanneer verbranding en verkleuring van het metaal zo veel mogelijk moet worden voorkomen. Zuurstof bevordert daarentegen juist het verbrandingsproces, waardoor er dikker materiaal op een hogere snelheid kan worden gesneden. Er is door dit verbrandingsproces meer nabehandeling nodig voordat het materiaal verder verwerkt kan worden na het snijden.

MEER OVER LASERSNIJDEN
Lasersnijden van plaatmetaal trumpf

BRONNEN

  • Procesdocumentatie en ervaring opgebouwd sinds de jaren ’50

“We hebben een collegiaal team. We zijn harde werkers, maar met iedereen kun je lachen.”

Rudy, 29, CNC Kanter
Ga naar de bovenkant