Laserskärning
Laserskärning är en snabb, exakt och flexibel metod för industriell bearbetning av framför allt plåt, rör och profiler. Med modern fiberlaserteknik kan allt från tunna detaljer till grov plåt bearbetas med hög produktivitet och repeterbarhet. Här förklarar vi hur laserskärning fungerar, vilka material och skärprocesser som används och vad som är viktigt vid val av laserskärmaskin.
Vad är laserskärning?
Laserskärning är en termisk bearbetningsmetod där en koncentrerad laserstråle används för att separera material längs en programmerad skärbana. Laserstrålen fokuseras till en mycket liten punkt, vilket ger hög energitäthet och gör det möjligt att skapa smala och precisa snitt.
Eftersom processen är kontaktfri sker bearbetningen utan mekaniskt skärverktyg. Det ger stor geometrisk frihet och gör det möjligt att snabbt växla mellan olika detaljer genom att byta skärprogram.
Inom modern industriell metallbearbetning används framför allt fiberlaser. Tekniken kombinerar hög skärhastighet med god energieffektivitet och lämpar sig för ett stort antal metalliska material och materialtjocklekar.
Hur fungerar laserskärning?
Laserstrålen leds till ett skärhuvud där den fokuseras mot materialets yta. Den höga energitätheten värmer materialet mycket lokalt och får det, beroende på skärprocess, att smälta, oxidera eller förångas.
Samtidigt tillförs en skärgas genom skärmunstycket. Gasen hjälper till att föra bort material ur skärspalten och har stor betydelse för både skärprocessen och den färdiga skärytans egenskaper.
Skärhuvudets rörelse styrs digitalt utifrån den programmerade geometrin. Resultatet påverkas av samspelet mellan bland annat:
- lasereffekt
- material och materialtjocklek
- skärhastighet
- fokusläge
- munstycke
- skärgas och gastryck
- materialets ytbeskaffenhet
- maskinens och optikens kondition
Rätt optimerad ger processen hög repeterbarhet, god skärkvalitet och ett tydligt begränsat behov av efterbearbetning.
Fördelar med laserskärning i industriell produktion
Laserskärning har blivit en central bearbetningsmetod inom modern verkstadsindustri eftersom den kombinerar hög produktivitet med stor flexibilitet.
Hög precision:
Den fokuserade laserstrålen möjliggör smala skärspalter och komplexa konturer med hög repeterbarhet.
Hög produktivitet:
Moderna fiberlasersystem erbjuder höga skärhastigheter. Högre lasereffekt kan dessutom ge betydande produktivitetsvinster vid bearbetning av grövre material.
Stor flexibilitet:
Eftersom geometrin styrs digitalt kan helt olika detaljer produceras i samma maskin utan modellspecifika skärverktyg.
Effektivt materialutnyttjande:
Med nestningsprogramvara kan detaljer placeras effektivt på plåten för att minska spill och förbättra materialutnyttjandet.
Goda möjligheter till automation:
Laserskärmaskiner kan kombineras med automatisk laddning och lossning, materiallager och andra system för automatiserad produktion.
Begränsat behov av efterbearbetning:
Med rätt processparametrar kan laserskärning ge hög kantkvalitet och liten gradbildning, vilket minskar behovet av efterföljande bearbetning.
Laserskärning av plåt
Plåtskärning är ett av de största användningsområdena för industriell fiberlaser. Tekniken används för allt från tunnplåtsdetaljer till bearbetning av grov plåt. Maskiner finns i många olika arbetsformat och effektklasser och kan anpassas för såväl flexibel legotillverkning som automatiserad serieproduktion.
Vanliga material är:
- konstruktionsstål
- rostfritt stål
- aluminium
- galvaniserad och belagd plåt
- koppar
- mässing
- andra lämpliga metalllegeringar
Vilka tjocklekar som kan bearbetas beror på material, lasereffekt, skärprocess, skärgas och krav på den färdiga detaljen.
Hög lasereffekt ger möjlighet till både ökad produktivitet och bearbetning av grövre material, men den högsta tillgängliga effekten är inte automatiskt det bästa valet. Maskinen bör dimensioneras efter den verkliga materialmixen och produktionen.
Laserskärning av rör och profiler
Rörlaser gör det möjligt att bearbeta rör och konstruktionsprofiler direkt i en automatiserad process.
Beroende på maskin kan exempelvis runda, fyrkantiga och rektangulära rör samt olika typer av öppna och slutna profiler bearbetas.
Förutom vanlig kapning kan lasern skapa:
- hål
- slitsar
- urtag
- anslutningsgeometrier
- vinklade snitt
- komplexa konturer
Det innebär att flera traditionella bearbetningsmoment kan kombineras i samma maskin. Sågning, borrning och annan mekanisk bearbetning kan i många applikationer reduceras eller helt elimineras. Det kan dessutom förenkla efterföljande montering och svetsning genom att anslutningar, positioneringsgeometrier och andra funktioner skapas redan vid laserskärningen.
Fiberlaser och CO₂-laser
Fiberlaser är idag den viktigaste lasertekniken för industriell skärning av metall. Laserljuset genereras i en fiberlaserkälla och leds genom optisk fiber till skärhuvudet.
Tekniken ger hög verkningsgrad, höga skärhastigheter och relativt litet underhåll av själva strålgången.
CO₂-laser arbetar vid en annan våglängd och används fortfarande för applikationer där dess egenskaper är fördelaktiga, inte minst för bearbetning av många icke-metalliska material som akryl, trä, textil och vissa plaster.
| Egenskap: | Fiberlaser: | CO₂-laser: |
| Vanliga användningsområden | Metall, plåt, rör och profiler | Många icke-metalliska material samt vissa metallapplikationer |
| Energieffektivitet | Hög | Låg |
| Strålöverföring | Optisk fiber | Optisk strålgång, normalt med speglar |
| Viktig styrka | Hög produktivitet vid metallbearbetning | Mycket användbar för många organiska och icke-metalliska material |
För industriell metallbearbetning är fiberlaser normalt förstahandsvalet, men rätt laserteknik ska alltid väljas utifrån material och applikation.
Skärgaser – en viktig del av processen
Skärgasen har stor betydelse för skärhastighet, kvalitet, oxidation och produktionskostnad. Vid laserskärning av metall används framför allt kväve, syrgas och tryckluft.
Kväve
Kväve används ofta när en ren och i huvudsak oxidfri skäryta är viktig, exempelvis vid bearbetning av rostfritt stål och aluminium. Gasen hjälper till att föra bort det smälta materialet utan att aktivt bidra till förbränningen.
Syrgas
Syrgas används framför allt vid skärning av konstruktionsstål. Syret reagerar med materialet och bidrar med energi till skärprocessen. Skärytan får samtidigt ett oxidskikt.
Tryckluft
Tryckluft kan vara ett kostnadseffektivt alternativ i vissa applikationer. Vilket resultat som kan uppnås beror på material, materialtjocklek, maskin, lasereffekt och kvalitetskrav.
Valet av skärgas är därför en del av den totala processoptimeringen och kan ha stor påverkan på kostnaden per producerad detalj.
Vad avgör skärkvaliteten?
En bra skäryta är resultatet av flera samverkande faktorer. Viktiga Hög lasereffekt är bara en av många faktorer som påverkar resultatet.
För att få en stabil skärprocess måste bland annat lasereffekt, fokusläge, skärhastighet, munstycke, skärgas och gastryck vara rätt anpassade till materialet.
Även materialkvalitet, planhet och ytbeskaffenhet påverkar resultatet, liksom skärhuvudets och optikens kondition.
Tecken på en process som behöver optimeras kan exempelvis vara:
- kraftig gradbildning
- ojämna skärspår
- ofullständig genomskärning
- missfärgning eller oönskad oxidation
- onödigt stor värmepåverkan
Moderna laserskärmaskiner innehåller omfattande processdata och funktioner för att förenkla inställningen, men regelbundet underhåll och processkunskap är fortfarande viktiga för stabil produktion.
Laserskärning jämfört med plasma, gasskärning och vattenskärning
Laser är inte den enda tekniken för industriell skärning. Plasma, gasskärning och vattenskärning har alla sina styrkor och används fortfarande i många typer av produktion. Vilken metod som är bäst beror bland annat på material, tjocklek, kvalitetskrav, produktionsvolym och behov av efterbearbetning.
Utvecklingen av högeffektsfiberlaser har samtidigt gjort laserskärning konkurrenskraftig inom ett allt större område. För företag som idag använder äldre plasma- eller gasskärutrustning kan en modern fiberlaser därför innebära ett betydande steg i både produktivitet och detaljkvalitet.
Laserskärning jämfört med plasmaskärning
Plasmaskärning är en etablerad och robust metod för skärning av elektriskt ledande material och kan vara ett kostnadseffektivt alternativ, särskilt när kraven på precision och snittyta är lägre.
Fiberlaser erbjuder normalt högre precision, smalare skärspalt och högre skärhastighet i tunnare och medeltjocka material. Den höga precisionen och kantkvaliteten kan dessutom minska behovet av slipning och annan efterbearbetning.
Laser ger också större möjligheter att skära små hål, fina detaljer och komplexa geometrier. I kombination med modern automation kan detta ge betydande produktivitetsfördelar.
För företag med äldre plasmaskärutrustning är det därför relevant att jämföra hela produktionskostnaden – inte bara själva skärhastigheten. Materialutnyttjande, efterbearbetning, bemanning, energianvändning, förbrukningsdelar och möjligheten till automatiserad produktion påverkar den verkliga kostnaden per färdig detalj.
Laserskärning jämfört med gasskärning
Gasskärning, även kallad flam- eller syrgasskärning, är en väl etablerad metod för framför allt grövre olegerat och låglegerat stål. Utrustningen är relativt enkel och tekniken behåller tydliga fördelar vid mycket stora materialtjocklekar.
Jämfört med gasskärning erbjuder laser högre precision, mindre värmepåverkad zon och betydligt större geometrisk flexibilitet inom de materialtjocklekar där laserprocessen är lämplig. Laserskärning kräver normalt också mindre efterbearbetning och lämpar sig bättre för automatiserad produktion av komplexa detaljer.
Gasskärning är däremot begränsad vad gäller material. Rostfritt stål och aluminium kan exempelvis inte skäras med konventionell syrgasskärning på samma sätt som konstruktionsstål, medan fiberlaser kan bearbeta ett betydligt bredare spektrum av metalliska material.
Laserskärning jämfört med vattenskärning
Vattenskärning skiljer sig från de övriga metoderna genom att materialet skärs utan en termisk process. Det innebär att någon värmepåverkad zon inte uppstår, vilket är en viktig fördel för värmekänsliga material och applikationer där materialets egenskaper inte får påverkas av värme.
Vattenskärning kan dessutom användas på ett mycket brett spektrum av material och vid stora materialtjocklekar.
För vanlig industriell plåtbearbetning är fiberlaser däremot ofta betydligt snabbare och lämpar sig mycket väl för automatiserad serieproduktion. Vattenskärning med abrasiv innebär också hantering av vatten och abrasivmedel samt förbrukning och omhändertagande av dessa.
Metoderna konkurrerar därför delvis med varandra, men vattenskärning har samtidigt användningsområden där dess kalla skärprocess gör den till ett bättre val än laser.
Vilken skärmetod är rätt?
| Egenskap: | Fiberlaser: | Plasma: | Gasskärning: | Vattenskärning: |
| Precision | Mycket hög | Medel–hög | Lägre | Hög |
| Skärhastighet i tunn/medeltjock plåt | Mycket hög | Hög | Lägre | Lägre |
| Komplexa detaljer | Mycket bra | Bra | Begränsad | Mycket bra |
| Värmepåverkad zon | Liten | Större | Stor | Ingen |
| Materialbredd | Många metaller | Ledande material | Främst kolstål | Mycket bred |
| Mycket grova material | Applikationsberoende | Bra | Mycket bra | Mycket bra |
| Efterbearbetningsbehov | Ofta litet | Ofta större | Ofta större | Ofta litet |
| Automation | Mycket god | God | Möjlig | God |
Det finns alltså ingen skärteknik som är bäst i alla situationer. Men utvecklingen inom fiberlaser har gjort att tekniken idag täcker ett betydligt större arbetsområde än tidigare.
För företag som arbetar med plasma eller gasskärning kan det därför vara lönsamt att utvärdera vilka detaljer som istället kan produceras med fiberlaser. Vinsten kan ligga i högre skärhastighet och precision, men också i minskad efterbearbetning, bättre materialutnyttjande och ett effektivare automatiserat produktionsflöde. LMI hjälper gärna till att jämföra er befintliga skärprocess med modern fiberlaserskärning utifrån era egna material, detaljer och produktionsvolymer.er.
Automation och materialhantering
En snabb laserskärmaskin skapar inte automatiskt en effektiv produktion. När skärtiderna minskar blir materialhanteringen en allt viktigare del av den totala produktiviteten.
Beroende på produktionsbehov kan laserskärsystem kombineras med exempelvis:
- växlingsbord
- automatisk laddning och lossning
- plåtlager
- automatisk materialhantering
- automatiserad hantering av rör och profiler
- sortering
- produktionsplanering och nestning
Rätt automationsnivå beror på produktmix, seriestorlek, bemanning och hur materialet ska flöda genom produktionen.
För vissa verksamheter är en flexibel fristående maskin rätt lösning. För andra kan automatiserad materialhantering vara avgörande för att utnyttja maskinens kapacitet.
Så väljer ni rätt laserskärmaskin
Att välja laserskärmaskin handlar om betydligt mer än att jämföra maximal lasereffekt.
Utgångspunkten bör vara företagets faktiska produktion.
Material och tjocklekar
Vilka material bearbetas och vilka tjocklekar förekommer normalt? En maskin som är optimerad för stora volymer tunnplåt kan ha helt andra krav än en maskin som huvudsakligen ska bearbeta grov plåt.
Plåt, rör eller profiler
Bearbetning av plan plåt och bearbetning av rör och profiler ställer olika krav på maskinkonstruktion och materialhantering. Det finns även kombinationsmaskiner för verksamheter som behöver båda möjligheterna.
Format
Vilka plåtformat, rörlängder och profildimensioner ska hanteras? Arbetsområdet måste dimensioneras efter den faktiska produktionen.
Produktionsvolym
Vid hög beläggning får skärhastighet, acceleration och materialhantering stor betydelse för produktiviteten. Vid mindre serier kan flexibilitet och snabb omställning väga tyngre.
Kvalitetskrav
Krav på toleranser, kantkvalitet, oxidation och efterbearbetning påverkar val av både maskin och process.
Automation
Automatisk laddning, lossning och materiallager kan ge stora produktivitetsvinster, men ska dimensioneras efter det verkliga materialflödet.
Service och support
En laserskärmaskin är en långsiktig produktionsinvestering. Tillgång till service, reservdelar, utbildning och teknisk support är därför en viktig del av helheten.
LMI hjälper till att analysera dessa faktorer och dimensionera en lösning utifrån både dagens produktion och framtida behov.
Höga lasereffekter ställer högre krav
Moderna fiberlasrar med höga effekter kan ge mycket hög produktivitet, högre skärhastigheter och möjlighet att bearbeta grövre material. Samtidigt ökar kraven på skärhuvud, optik, renlighet och förebyggande underhåll.
Vid höga lasereffekter kan även mycket små mängder damm eller andra föroreningar på optiska ytor absorbera laserenergi och orsaka lokal uppvärmning. Detta kan leda till skador på optiken och i värsta fall kostsamma driftstopp.
Därför blir rätt underhållsrutiner, ren hantering och tillgång till kvalificerad service allt viktigare när lasereffekten ökar. Valet av effekt bör också utgå från den verkliga produktionen – högsta möjliga lasereffekt är inte automatiskt den bästa lösningen.
Säkerhet vid laserskärning
Industriella högeffektlasrar kan orsaka allvarliga skador på ögon och hud. Laserskärprocessen kan dessutom generera rök, partiklar, heta material och brandrisk samt risker kopplade till processgaser och materialhantering.
Maskinens kapsling, säkerhetsfunktioner, utsug och installation måste därför utformas för den aktuella processen.
Många moderna laserskärmaskiner är konstruerade som inkapslade Klass 1-system vid normal drift, trots att den inbyggda laserkällan och den öppna laserprocessen i sig innebär Klass 4.
LMI erbjuder även rådgivning och utbildning inom lasersäkerhet.
Laserskärmaskiner och lösningar från LMI
LMI erbjuder laserskärmaskiner för olika typer av industriell produktion – från flexibel plåtbearbetning till högeffektskärning, stora arbetsformat och avancerad bearbetning av rör och profiler.
Inom fiberlaserskärning erbjuder vi bland annat maskiner från HSG Laser för:
- plåtskärning
- rör- och profilskärning
- kombinerad plåt- och rörbearbetning
- stora plåtformat
- högeffektskärning
- automatiserad materialhantering
Vi hjälper till med hela vägen från behovsanalys och maskinval till installation, utbildning, service och support. Maskinmodeller, effektområden och tillgängliga funktioner utvecklas kontinuerligt. Aktuell teknisk specifikation och maskinkonfiguration bör därför alltid bekräftas med LMI inför offert och investering.
Vanliga frågor & svar om laserskärning
Fiberlaser används för bland annat konstruktionsstål, rostfritt stål, aluminium, koppar och mässing. CO₂-laser används även för många icke-metalliska material. Rätt laser och process måste väljas efter materialet.
Det beror på material, lasereffekt, skärgas, maskinkonfiguration och vilka krav som ställs på skärkvalitet och produktivitet. Därför bör kapaciteten bedömas för den aktuella applikationen snarare än utifrån ett generellt maxvärde.
Rätt effekt beror framför allt på materialmix, tjocklekar och önskad produktionstakt. Högre effekt kan ge stora produktivitetsfördelar men innebär inte automatiskt bäst totalekonomi för varje produktion.
Kväve, syrgas och tryckluft är vanliga alternativ vid metallbearbetning. Valet påverkar bland annat skärhastighet, kantkvalitet, oxidation och processkostnad.
Det finns kombinationsmaskiner som kan bearbeta både plåt och rör. Vid stora produktionsvolymer kan separata, specialiserade plåt- och rörlasermaskiner ge högre produktivitet.
Material, tjocklekar, format, produktionsvolym, kvalitetskrav, materialflöde, automation och tillgång till service bör bedömas tillsammans. Att enbart jämföra lasereffekt ger inte en rättvisande bild av vilken maskin som passar produktionen bäst.
Kontakta LMI om laserskärning
Planerar ni att investera i en laserskärmaskin eller vill ni utvärdera hur en ny laser kan effektivisera er produktion?
LMI hjälper er att analysera material, detaljgeometrier, produktionsvolymer, kapacitetskrav och automationsbehov för att hitta en tekniskt och ekonomiskt lämplig lösning.
Kontakta oss för rådgivning om laserskärning och laserskärmaskiner.
Niklas Johansson
Vice VD & Teknisk säljare
Niklas har hand om försäljningen och produktgruppen gällande laserskärning. Är mycket på resande fot för kundbesök.