Licht ist aus unserem Alltag kaum mehr wegzudenken: Ob als Lampe, im Bildschirm oder als Leuchtsignal, beispielsweise an einer Verkehrsampel. Das Licht hilft uns beim Arbeiten, lässt uns den Weg erkennen und übermittelt wichtige Informationen. Aber das ist längst nicht alles: Licht ist auch ein ziemlich effektives Werkzeug. Mit ihm kann man bohren, fräsen und selbst dicke Bleche durchtrennen. In der Metall- und Autoindustrie ist dieser wertvolle Helfer heute kaum mehr wegzudenken. Aber wie funktioniert das Schneiden mit Licht? Und was für ein Licht braucht man dafür?
„Damit Licht schneiden kann, muss es bestimmte Eigenschaften haben“, sagt Carsten Gachot vom Steinbeis-Forschungszentrum für Werkstofftechnik der Universität des Saarlandes in Saarbrücken. Es müsse stark gebündelt sein und besonders intensiv. Außerdem aber sollten alle Lichtwellen quasi im Gleichtakt schwingen. „Das Licht einer normalen Glühlampe gleicht dagegen einem Chor, in dem alle schräg durcheinander singen – jeder nach seinem eigenen Takt“, erklärt der Forscher. Das normale Sonnenlicht und auch das Licht einer Lampe ist ein Gemisch aus Wellen, die in unterschiedlichem Tempo schwingen. Das zeige sich beispielsweise dann, wenn man das weiße Licht mit einem Prisma in seine Farben zerlege: Jede Farbe des Lichts entspricht einer anderen Wellenlänge. Diese Wellen-Unordnung aber macht das normale Licht zu schwach, um damit zu schneiden.
Wellen im Gleichtakt
Anders ist dies bei einem Laser: „Hier tanzen alle Wellenzüge im gleichen Takt“, sagt Gachot. Laser senden Licht in jeweils nur einer bestimmten Wellenlänge aus – sie haben deshalb immer nur eine bestimmte Farbe. Die Schwingungen des Laserlichts sind zudem so stark gebündelt und gleichgerichtet, dass sehr viel Energie auf einem winzigen Punkt konzentriert ist.
Trifft dieser Laserstrahl nun auf ein Material, kann man damit schneiden – wenn beide gut zusammenpassen. „Prinzipiell kann man fast alles mit einem Laser schneiden, das Material muss aber die Fähigkeit haben, das Laserlicht aufzunehmen, es zu absorbieren“, erklärt der Forscher. Werfe eine Oberfläche den Laserstrahl einfach zurück wie ein Spiegel, dann schneide er nicht. „Aluminium und andere Metalle absorbieren beispielsweise sehr gerne UV-Licht, deshalb lassen sie sich mit UV-Lasern gut schneiden“, sagt Gachot. Ein Infrarot-Laser werde dagegen von der Metalloberfläche reflektiert und eigne sich daher nicht.
Laser macht Metall einfach flüssig
Aber wie funktioniert das Laserschneiden denn nun konkret? „Nehmen wir an, wir wollen ein Blech durchtrennen“, sagt der Forscher. Dann führe man den Laser langsam an der geplanten Schnittlinie entlang. Dort, wo das energiereiche Laserlicht auftrifft, erhitzt sich das Metall und schmilzt. Passiert nun nichts weiter, würde das flüssige Metall einfach an Ort und Stelle bleiben und schlimmstenfalls einfach wieder erstarren. Um das zu verhindern, behilft man sich mit einem Trick: „Ein Gasjet treibt die geschmolzenen Bestandteile mit hohem Druck aus der Fuge heraus“, erklärt Gachot. Dadurch werde ein Verkleben der Schnittränder verhindert.
Es gibt aber noch eine andere Möglichkeit des Laserschneidens: Nutzt man ultrakurze Pulse eines sehr energiereichen Lasers, schmilzt der Strahl das Material nicht, er lässt es sofort verdampfen. „Diese Laser sind sehr präzise und eignen sich besonders, wenn man kleinste Stellen bearbeiten will“, sagt der Laserforscher. Denn es entstehen dabei keine aufgewölbten Schnittränder und auch die Umgebung bleibt relativ kühl. Damit könne man beispielsweise Löcher oder Dellen von nur wenigen Mikrometern Dicke bohren – etwa dem Durchmesser von einem menschlichen Haar. Die Automobilindustrie nutzt diese Laser beispielsweise bei der Herstellung von Einspritzdüsen. Aber auch in der Medizin werden solche ultrakurz gepulsten Laser eingesetzt, beispielsweise als Laserskalpelle bei Operationen.
18.01.2013 – NPO/dapd
