CO2 Laser im Detail – Funktionsweise, Aufbau, Verwendung

CO2 China Laser K40
Teil 7 von 10 Beiträgen der Serie Laserschneiden

Das was wir als Laserlicht oder Laserstrahl kennen, kommt in dieser Form in der Natur nicht vor. Das Kunstwort Laser bezeichnet den physikalischen Effekt und auch das Gerät selbst, mit dem Laserstrahlen erzeugt werden.
Natürliches Licht besteht aus Lichtstrahlen verschiedener Wellenlängen und unterschiedlicher Phasen, die sich gleichmäßig nach allen Richtungen ausbreiten. Im Gegensatz dazu sind die Strahlen des Lasers nahezu parallel, kohärent und monochromatisch. Monochromatisch bedeutet: Das Licht des Lasers besteht aus nur einer einzigen „Farbe“, Wellenlänge.

Der erste Laser war ein Rubin-Impuls-Laser, gebaut 1960 von Theodore Maiman, einen US-amerikanischen Physiker.


Wirkungsweise und Aufbau von CO2-Laser
CO2-Laser gehören zur Klasse der Gaslaser. Ein Gaslaser ist ein Laser, bei dem der sogenannte Resonator mit Gas gefüllt ist. Das Gas dient als aktives Medium zur Erzeugung hoher Strahlungsleistungen. Gaslaser decken ein Wellenlängen Spektrum von Ultraviolett bis infrarot ab.

Erzielbar sind Ausgangsleistungen von bis zu 80 kW, der Wirkungsgrad liegt bei etwa 15 bis 20 %. Die Wellenlänge von CO2 Lasern liegt bei 10.600 nm (10,6 µm). Entwickelt wurde er 1964 von C. Kumar N. Patel bei den Bell Laboratories.

Die Anregung (das Pumpen) des CO2 Lasers erfolgt durch elektrische Gasentladung in einen mit einem Gasgemisch gefüllten Resonator. Das Gasgemisch besteht aus Kohlendioxid, Stickstoff und Helium (CO2-N2-He).

Das Laserlicht wird mit Metallspiegeln zum Werkstück geführt und die Fokussierung erfolgt mit Hilfe von Parabolspiegeln aus Metall oder Linsen aus einkristallinem Zinkselenid.


Verwendung
Im Bereich von 10 Watt bis zu 200 Watt werden CO2-Laser vor allem zum Gravieren, Schneiden und Perforieren von dünnen organischem Material (Kunststoffen, Textilien, Holz, Leder, Kork usw.) eingesetzt.
Die meisten Metalle reflektieren das Licht eines CO2 Lasers, weshalb er in diesem Leistungsbereich nur bedingt zur Bearbeitung metallischer Werkstoffe eingesetzt werden kann. Ein Trick: bestreichen sie Werkstück mit etwas Nagellack und das Material absorbiert den Laserstrahl. .

In der Blechbearbeitung werden üblicherweise Strahlleistungen von 1 bis 6 Kilowatt erzeugt, mit denen unlegierte Stähle bis ca. 35 Millimeter und hochlegierte Stähle bis etwa 25 Millimeter geschnitten werden können.
Obwohl Metalle das Laserlicht stark reflektieren, gibt es hierfür eine Erklärung. Sobald durch die teilweise Absorption des Lasers an der Oberfläche eine Vertiefung in Form einer Kapillare entsteht, wird der Laserstrahl durch Mehrfachreflexion an den Kapillarwänden vollständig absorbiert und kann seine Wirkung entfalten.

Im Bereich oberhalb von 6 Kilowatt werden CO2 Laser hauptsächlich zum Schweißen, Härten und Umschmelzen eingesetzt.

Glas absorbiert die Wellenlänge des CO2 Lasers sehr gut, weshalb CO2-Laser auch in der Glasbearbeitung, beispielsweise zum Gravieren von Trinkgläsern oder zum Anritzen von Ampullen in der Pharmaindustrie, eingesetzt werden.

Beitrags Navigation<< CO2 Laser und Diodenlaser im Hobbybereich – Vor und NachteileLaserdioden – Funktionsweise, Aufbau, Verwendung >>