Mechanisches Schneiden, das Werkzeuge und Bearbeitung umfasst, ist ein Verfahren, bei dem antriebsgesteuerte Geräte verwendet werden, um Material in ein vorbestimmtes Design zu formen. Zu den gängigen Maschinen im mechanischen Schneiden gehören Drehmaschinen, Fräsmaschinen und Bohrpressen, die den Prozessen Drehen, Fräsen und Bohren entsprechen.
Drehmaschine
Eine Drehmaschine ist eine metallverarbeitende Maschine, die Material mit einem computersteuerbaren Motor dreht, während eine gehärtete Schneidklinge überschüssiges Material entfernt, um die gewünschte Form zu erzeugen. Schneidflüssigkeit kann verwendet werden, um die Temperatur zu kontrollieren, die beweglichen Teile zu schmieren und Späne, auch „Späne“ genannt, vom Werkstück zu entfernen.
Fräsmaschine
Eine Fräsmaschine verfügt über ein stationäres Schneidwerkzeug und einen beweglichen Tisch, auf dem das Werkstück befestigt ist. Manuelle oder computergesteuerte Anweisungen bewegen den Tisch um die rotierende Klinge, um die gewünschten Schnitte zu machen. Fräsmaschinen sind in der Lage, komplexe oder symmetrische Formen über Achsen hinweg zu erstellen. Die vier Hauptkategorien von Fräsmaschinen sind Handfräsen, Planschleifen, Universal- und Allzweckmodelle.
Bohrmaschine
Eine Bohrmaschine ist eine stationäre Bohrmaschine, die auf einem Tisch montiert oder am Boden verschraubt ist und von einem Induktionsmotor angetrieben wird. Sie besteht aus einer Basis, einer Säule, einem Tisch, einer Spindel und einem Bohrkopf. Ein dreizinkiger Griff hebt oder senkt den Bohrer, um zylindrische Löcher in ein Werkstück zu bohren. Während der Bohrer rotiert und das Metall schneidet, trägt die Flöte des Bohrers die Späne, auch „Swarf“ genannt, nach oben und aus dem Loch heraus.
Laserschneidgeräte und -verfahren
Laserschneiden verwendet eine Energieemissionsvorrichtung, um einen hochkonzentrierten Photonenstrahl auf einen kleinen Bereich eines Werkstücks zu fokussieren und präzise Designs aus dem Material zu schneiden. Laser sind typischerweise computergesteuert und können hochpräzise Schnitte mit einer hochwertigen Oberfläche ausführen. Die gebräuchlichsten Laser sind Gaslaser vom Typ CO2 oder Nd:YAG.
CO2-Laser
Der Kohlendioxid (CO2)-Laser emittiert eine Gasentladung, die als Medium für einen Lichtstrahl dient. Es ist einer der leistungsstärksten Dauerstrichlaser, die heute verwendet werden, hauptsächlich aufgrund seines hohen Ausgangs-zu-Pump-Leistungs-Verhältnisses. Kohlendioxidbasierte Strahlen liegen im infraroten Bereich des Lichtspektrums, mit Wellenlängen zwischen 9,4 und 10,6 Mikrometern. Sie werden häufig zum Schweißen, Schneiden, Gravieren von Metallen sowie zur Oberflächenbehandlung biologischer Gewebe eingesetzt.
Nd:YAG-Laser
Im Gegensatz zu CO2-Lasern sind Neodym-dotierte Yttrium-Aluminium-Granate, oder Nd:YAG, Laser Festkörpergeräte, die einen Kristall als Lichtmedium verwenden. Sie verfügen ebenfalls über Laser-Dioden oder Blitzlampen, die ihre Strahlen optisch pumpen und eine Infrarotwellenlänge von 1064 Nanometern emittieren. Nd:YAG-Modelle gehören zu den am häufigsten in der Fertigung eingesetzten Lasern, mit Anwendungen beim Schweißen, Schneiden, Gravieren, Markieren und Ätzen verschiedener Materialien. Zudem haben diese Laser zahlreiche medizinische Anwendungen.
Mechanisches Schneiden vs. Laserschneiden
Da das Laserschneiden nicht nur Material schneiden, sondern auch eine Oberfläche veredeln kann, ist es ein effizienterer Prozess als seine mechanischen Alternativen, die oft Nachbearbeitungen erfordern. Zudem besteht kein direkter Kontakt zwischen dem Lasergerät und dem Material, was das Risiko von Kontaminationen oder unbeabsichtigten Markierungen reduziert. Laser erzeugen außerdem eine kleinere wärmebeeinträchtigte Zone, was das Risiko von Materialverformungen oder -verzerrungen am Schnittort verringert.
Das Laserschneiden kann jedoch eine kostspielige und technisch anspruchsvolle Fertigungsmethode sein, während CNC-Bohrprozesse und mechanische Schneidverfahren in der Regel günstiger sind und leichter in die Fertigungsprozesse integriert werden können. Laserausrüstung erfordert meist eine leistungsstarke Energiequelle und verbraucht Energie schnell. Dies erfordert in der Regel, dass eine Werkstatt umfangreiche Batterien oder Kondensatoreinheiten neben den Standardstromquellen vorhält. Lasergeräte sind oft teuer, und Peripheriegeräte wie Goldspiegel oder Zinkselenidfenster und -linsen können zusätzliche Kosten verursachen.
Bei der Wahl zwischen Laser- und mechanischem Schneiden kann es hilfreich sein, sich daran zu erinnern, dass die Prozesse nicht exklusiv sind und viele Werkstätten eine Kombination aus beiden Schneiddiensten anbieten. Hersteller, die die Vorteile einer Schneidart gegenüber der anderen abwägen, balancieren im Wesentlichen die Präzision und Zuverlässigkeit des Laserschneidens gegen seine Kosten und den Energieverbrauch sowie die Benutzerfreundlichkeit und Kosteneffizienz des mechanischen Schneidens gegen das Risiko, ein Material zu beschädigen oder zu deformieren.
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