Schaumstoffe
Schaumstoffe werden durch Einschließen von Gasblasen in einem Werkstoff hergestellt. Schaumstoffe werden üblicherweise aus Polymeren hergestellt, jedoch können sie auch aus Keramik oder Metall hergestellt werden. Bei offenzelligen Schaumstoffen sind die Blasen bzw. Einschlüsse miteinander verbunden und mit Luft gefüllt. Offenzellige Schaumstoffe lassen sich leicht komprimieren, da die Luft frei durch die Blasen strömen kann. Bei geschlossenzelligen Schaumstoffen sind die Gaseinschlüsse nicht miteinander verbunden. Stattdessen ist jeder Einschluss von festem Material umgeben. Da das Gas in den Blasen eingeschlossen ist, sind geschlossenzellige Schaumstoffe nicht so leicht komprimierbar wie offenzellige Schaumstoffe. Sämtliche Arten von Schaumstoff können mit Laserschneiden, Lasergravieren und Lasermarkieren bearbeitet werden.
Schaumstoffarten
- Polyethylen-Schaumstoff
- Polyisocyanurat-Schaumstoff
- Polyurethan-Schaumstoff
- PORON®-Schaumstoff
- Silicon-Schaumstoff
- Styrofoam™
Arten von Laserverfahren
Laser spielen bei der Materialbearbeitung, von der Entwicklung neuer Produkte bis hin zur großvolumigen Fertigung, eine immer größere Rolle. Bei sämtlichen Laserbearbeitungsverfahren interagiert die Energie eines Laserstrahls mit einem Material, um dieses in irgendeiner Weise zu transformieren. Jede Transformation (oder jedes Laserbearbeitungsverfahren) wird durch präzise Regulierung der Wellenlänge, der Leistung, des Einschaltdauer und der Anzahl der Wiederholungen des Laserstrahls gesteuert. Diese Laserbearbeitungsverfahren umfassen die Folgenden:Alle Materialien weisen einzigartige Eigenschaften auf, die bestimmen, wie der Laserstrahl auf diese einwirkt und folglich das Material verändert. Die verbreitetsten Bearbeitungsverfahren für Schaumstoffe sind die Folgenden:
Laserschneiden von Schaumstoff
Polymerbasierter Schaumstoff lässt sich am effektivsten mit einem CO2-Laser schneiden. Der Laserstrahl erhitzt das direkt in seinem Pfad befindliche Material und verdampft es. Falls die Laserleistung ausreichend hoch ist, schneidet der Laserstrahl vollständig durch das Material. Polymere verdampfen schnell, wenn sie mit einem Laserstrahl geschnitten werden und weisen glatte Kanten mit einer minimalen Wärmeeinflusszone auf. Bei metallbasierten Schaumstoffen ist ein Faserlaser am wirkungsvollsten. Der Faserlaser kann dünne Schaumstoffplatten (bis zu 1/8 Zoll oder 3 mm) durchschneiden. Keramikbasierter Schaumstoff wird normalerweise nicht mit einem Laser geschnitten, da er sehr brüchig ist und leicht brechen kann.
Lasergravieren von Schaumstoff
Die Leistung des Laserstrahls kann begrenzt werden, damit er Material bis zu einer angegebenen Tiefe abträgt (graviert). Ein CO2-Laser ist für das Lasergravieren von Polymer-Schaumstoffen am besten geeignet, während ein Faserlaser für Metallschäume am besten geeignet ist. Das Bearbeitungsverfahren des Lasergravierens kann dazu genutzt werden, Mustern und Designs auf der Oberfläche des Schaumstoffs zu erzeugen. Das Lasergravieren kann außerdem zum Vermitteln von Informationen genutzt werden.
Lasermarkieren von Schaumstoff
Metall- und Keramikschäume können mit einem Faserlaser lasermarkiert werden. Die Energie des Faserlasers wird von der Materialoberfläche absorbiert, diese erhitzt und ändert die Farbe oder den Farbton. Diese Veränderung des Aussehens resultiert in eine sichtbare Markierung, ohne Materialabtrag. Das Lasermarkieren kann dazu genutzt werden, Designs zu erzeugen oder Informationen zu vermitteln.
Kombiniertes Bearbeitungsverfahren
Die vorstehend beschriebenen Bearbeitungsverfahren des Laserschneidens, des Lasergravierens und des Lasermarkierens können miteinander kombiniert werden, ohne den Schaumstoff bewegen oder neu befestigen zu müssen.
Allgemeine Erwägungen zu Lasersystemen und Schaumstoffen
Plattformgröße – Muss groß genug sein, um die größten Schaumstoffplatten aufzunehmen, die laserbearbeitet werden oder mit der Funktionalität der Klasse 4 und den entsprechenden Sicherheitsvorkehrungen ausgerüstet sein, um größere Platten bearbeiten zu können.
Wellenlänge – Die 10,6 µm Wellenlänge ist die beste Wahl für das Laserschneiden und Lasergravieren von Polymer-Schaumstoffen. Die 1,06 µm Wellenlänge ist die beste Wahl für das Laserschneiden, Lasergravieren und Lasermarkieren von Metallschäumen. Die 1,06 µm Wellenlänge ist außerdem die Wahl für das Lasermarkieren von Keramikschäumen.
Laserleistung – Muss auf Grundlage der gewählten Bearbeitungsverfahren bestimmt werden. Ein 25 bis 150 Watt-(CO2-Laser) ist für die Laserbearbeitung von Polymer-Schaumstoff am besten geeignet. Ein 40- bis 50-Watt-Faserlaser ist für die Laserbearbeitung von Metall- oder Keramikschaum am besten geeignet.
Linse – Eine 2,0-Linse ist die beste und gebräuchlichste Linse für die Laser-Materialbearbeitung von Schaumstoffen.
Schneidetisch – Auflage für Schaumstoffplatten beim Laserschneiden.
Absaugung – Muss ausreichend Luftstrom aufweisen, um die während der Laserbearbeitung des Schaumstoffs entstehenden Gase und Partikel aus den Lasergravier-, Laserschneid- und Lasermarkieranlagen.
Luftzublasung – Liefert nahe dem Brennpunkt des Laserstrahls Luft und hilft, die während des Lasergravierens, -schneidens und -markierens des Schaumstoffs erzeugten Gase und Partikel abzuleiten.
Erwägungen zu Umwelt, Gesundheit und Sicherheit bei der Laser-Materialbearbeitung von Schaumstoff
Interaktionen zwischen Laser und Material erzeugen fast immer gasförmige Ableitungen und/oder Partikel. Die Ableitungen bzw. Abströmungen von der Laserbearbeitung von Schaumstoff umfassen verschiedene flüchtige organische Verbindungen (Volatile Organic Compounds, VOCs) und sollten in eine äußere Umgebung abgeführt werden. Alternativ können sie zuerst in einer Filteranlage behandelt und dann in die äußere Umgebung abgeführt werden. Die Verbrennung von Schaumstoff liegt in der Natur der Laserbearbeitung und kann offene Flammen hervorbringen. Deshalb sollte die Laser-Materialbearbeitung von Schaumstoff stets unter Aufsicht erfolgen.
