CO2-lasersnijden: Toepassingsgebieden bij de kunststofverwerking

CO2-lasersnijden bij de kunstverwerking biedt tal van mogelijkheden die bij frezen of zagen met zagen niet mogelijk zouden zijn.

De CO2-laser en hoe het werkt

CO2 lasersnijden is een proces dat werkt met een speciale gaslaser. Het medium van de laser is dus een gas of een gasmengsel. In de meeste gevallen wordt een CO2-N2-He gasmengsel gebruikt. Wanneer energie wordt geleverd door een spanningsontlading, worden lichtgolven opgewekt. De laserbuis is aan beide uiteinden voorzien van een spiegel. Een van de spiegels is gedeeltelijk transparant, terwijl de andere ondoorzichtig is. De resulterende lichtgolven worden van de ene spiegel naar de andere gereflecteerd totdat ze de gedeeltelijk transparante spiegel verlaten.

Deze technische opstelling wordt optische resonator of laserresonator genoemd. De resonator wekt de CO2-gaslaser op met behulp van hoge elektrische spanningen van meer dan 15.000 volt. Een CO2-atoom dat zich op een hoog energieniveau bevindt, wordt door een lichtdeeltje of foton naar een lager energieniveau gedwongen. Het zendt ook een foton uit. Hierdoor blijft enerzijds het bestaande foton behouden terwijl het nieuwe foton wordt toegevoegd. Beide fotonen stimuleren op hun beurt nieuwe overgangen naar lagere energieniveaus. Hierdoor ontstaat er een soort kettingreactie waarbij de laser zich opbouwt. Afhankelijk van het toepassingsgebied kan de CO2-laser gravures maken of materiaal verwijderen en snijden. Met CO2 lasers kunnen niet alleen onderdelen van kunststof worden gelaserd, maar ook barcodes of product- en serienummers.

Het fabricageproces voor CO2-lasersnijden

CO2 lasersnijden wordt gebruikt bij productie waar nauwkeurig werk en hoge flexibiliteit vereist zijn. Met conventionele snijtechnieken wordt vaak niet de gewenste kwaliteit bereikt, zoals bij lasersnijden wel mogelijk is. Bij het snijproces wordt het verwerkte materiaal eerst verhit tot boven het smeltpunt. Hierdoor ontstaat kunststofafval dat met een gas uit de zaagsnede wordt geblazen. Bij het lasersnijden van dunne kunststoffen wordt de laserstraal via een afbuigspiegel naar de interface gestuurd. De kunststof smelt binnen enkele fracties van een seconde en wordt daardoor precies gesneden. Hoe dunner het te verwerken kunststof, hoe hoger de mogelijke snijsnelheid. De resulterende kegel aan de randen van het kunststof werkstuk is fijner naarmate het kunststof dunner is.

De kunststoffen voor CO2-lasersnijden

Bepaalde materialen zijn bijzonder geschikt voor laserbewerking. In principe worden alle thermoplasten beschouwd als ideale materialen voor verwerking met CO2-lasers. Thermoplastische materialen vertonen een verandering in de microstructuur als gevolg van de inwerking van warmte. Op deze manier zijn bij het lasersnijden bijzonder duidelijke snijranden in de kunststoffen mogelijk. Mechanische nabewerking is niet meer nodig.

Typisch zijn acrylglas (ook bekend onder de merknaam Plexiglas®), polypropyleen en polyamide (PA) kunststoffen die met de CO2-laser kunnen worden verwerkt. Ook de verwerking van ABS, ASA/ABS, SAN of PUR is eenvoudig mogelijk met het lasersnijproces.

Sommige kunststoffen zijn om gezondheidsredenen ongeschikt voor laserbewerking. Dit zijn bijvoorbeeld PVC (polyvinylchloride) en PTFE (ook bekend onder de merknaam Teflon®). Polycarbonaat (PC) wordt ook als ongeschikt beschouwd. Ook platen of profielen van polyethyleentereftalaatglycol (PET-G) zijn minder geschikt. Ook meerlaags hogedruklaminaat (HPL) of platen met een aluminium toplaag mogen niet met laser worden bewerkt. De laserbewerking van dikkere kunststofplaten (vanaf een dikte van circa 10 millimeter) blijft problematisch.

Lasersnijden en de toepassingsgebieden

Acrylverwerkende bedrijven behoren tot de bedrijven die kunststof onderdelen laten laseren. Zo maken ze vaak displays die baat hebben bij het precieze snijproces. CO2 lasersnijden wordt ook gebruikt om van dit materiaal borden of belettering te maken.

Bovendien is het snijden van kunststoffolies een van de belangrijkste markten voor het gebruik van CO2-lasersystemen. Dit toepassingsgebied treft met name de auto-industrie. Maar ook frontplaten voor diverse huishoudelijke apparaten zijn gemaakt van kunststof, waarvan de sneden vaak met lasersystemen worden gemaakt. Toetsenbordfolies zijn ook vaak gemaakt van geschikte kunststoffen. Een andere belangrijke kernmarkt is de textielindustrie. Lasersnijsystemen worden steeds vaker toegepast in technisch textiel zoals filtermedia. Kunstmatige pluche materialen in de speelgoedindustrie behoren ook tot de markten.

Voordelen van CO2-lasersnijden in een overzicht

Het primaire voordeel van het gebruik van CO2-lasersnijtechnologie is de precies passende snede. Wie kunststof onderdelen laat laseren, profiteert van de fijnste contouren. Snijkanten lopen exact, zodat ook gepolijste snijranden mogelijk zijn. De snede is precies en zonder bramen gemaakt. CO2-lasersnijden wordt gekenmerkt door een smalle snijopening en een laag door warmte aangetast gebied. Afhankelijk van de dikte en materiaalsoort is een snijnauwkeurigheid tussen 0,05 en 0,1 millimeter mogelijk.

Het CO2-lasersnijden zorgt voor een optimaal gebruik van het beschikbare materiaal. Het snijden is contactloos, waardoor er geen spaanders of ander afval ontstaan. Dit heeft enerzijds het voordeel dat er geen chips hoeven te worden weggegooid. Anderzijds is er geen mechanische nabewerking nodig. De kunststofsnede is daarom direct na laserbewerking klaar voor verder gebruik. Dit garandeert een maximale productiviteit en tegelijkertijd een hoge mate van flexibiliteit.

Hieraan gekoppeld is het voordeel van een snelle verwerking met kostenbesparingen. De lasersnijsystemen zijn eenvoudig in gebruik. Dit elimineert lange insteltijden. De installatiekosten worden ook binnen redelijke grenzen gehouden, aangezien enkele extra applicaties en tools kunnen worden bespaard. De laser zelf is tijdbesparend dankzij zijn hoge vermogen. Afhankelijk van de werkdruk en het toepassingsgebied zijn er CO2-lasers in verschillende prestatieklassen. Dit betekent dat zowel kleine als grote oplagen van de kunststofsneden kunnen worden gerealiseerd.

Het lasersnijden van kunststof met een CO2-laser is materiaalvriendelijk. Dankzij de contactloze technologie en de kleine warmte-beïnvloede zone is er weinig tot geen mechanische belasting. De verwerkte materialen zijn niet beschadigd. Dit geldt zelfs voor geverfde of bedrukte oppervlakken. Dankzij het proces blijft de print of verfcoating onbeschadigd.