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Der 3D Rohrlaser

Eine Technologie mit einem komplexen Achsensystem in Verbindung mit einer per Software berechneten Geräte-Steuerung eröffnet neue Dimensionen in der Rohrbearbeitung.

Laser-Rohrbearbeitung
Das Wort „Laser“ ist das Akronym von „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation“. Generell gehört die maschinelle Bearbeitung von Rohren mittels Laser zu den Hightech-Verfahren zur Fertigung von Funktionselementen. Die dafür erforderlichen Konstruktionen werden je nach Konzept des Schneideansatzes als 2D- oder 3D-Schneidanlagen bezeichnet. Bei 2D-Laserschneidanlagen kann der Laserkopf bzw. das Rohrmaterial durch die Achsenkonstruktion vertikal und horizontal bewegt werden. Von 2,5D-Rohrlasern wird mitunter gesprochen, wenn eine spezielle Umrechnung von technischen Zeichnungen mit Bezug auf drei Raumdimensionen an den Steuerungsumfang einer erweiterten 2D-Anlage erfolgt. Von den beiden genannten Verfahren zur Rohrbearbeitung zu unterscheiden sind jene mit einem 3D Rohrlaser; diese arbeiten mit Einbezug von fünf oder sechs Achsen, sodass die dazugehörigen Anlagen auch 5- bzw. 6-Achsanlagen genannt werden. Die Steuerung des Laserkopfes erfolgt durch eine vorprogrammierte und während der Fertigung digitalisierte Werte verarbeitende Steuereinheit; das Material wird bei hoch automatisierten Schneidanlagen durch Roboterarme eingeführt, bewegt und entnommen.

Der 3D Rohrlaser und seine Vor- und Nachteile
Vorteile: relative Formfreiheit, das Rohrmaterial kann von verschiedenen Seiten bearbeitet werden, Bearbeitung von sonst schwer zugänglichen Stellen ggf. möglich, Genauigkeit durch Steuerung per Software, präzise Schnitte, glatte Schnittkanten.

Nachteile: hohe Anschaffungskosten, hohe Energiekosten.

Grundlagen der dreidimensionalen Laserführung
Für die Standortbestimmung in einem dreidimensional gedachten Raum wird neben der vertikalen Ordinatenachse (y) und der horizontalen Abszissenachse (x) des (zweidimensionalen) kartesischen Koordinatensystems auch die Applikatenachse (z) genutzt. So können Werte bezüglich oben und unten, rechts und links sowie vor und rück angegeben werden. In Schneidanlagen mit 3D Rohrlaser finden diese abstrakten geometrischen Achsen ihre Umsetzung als technische Elemente, die gleichsam Bezugspunkte für die Messung der räumlichen Verhältnisse zwischen Rohrmaterial und Laser darstellen. Je nach Konstruktionsweise werden zudem Werte zu Querachsen (Rotationsachsen zu y), Längsachsen (Rotationsachsen zu x) und ggf. Vertikalachsen (Rotationsachsen zu z) abgebildet und damit das Neigen („Nicken“), Drehen („Rollen“) und ggf. Kippen („Gieren“) des Laserkopfes bzw. des zu bearbeitenden Rohres. Gerade bei grösseren Schneidanlagen findet sich oftmals eine Kombination aus Steuerung der Bewegung von Laser und Rohrmaterial. Unerlässlich für eine präzise Fertigung sind in jedem Fall die Sensoren, die fortwährend die Vorgänge im Inneren der Anlage messen und die Daten zur Steuereinheit senden, wo Ist- und Sollzustand analysiert und abgeglichen werden.

Funktionsweisen von Anlagen mit 3D Rohrlaser
Zu den Besonderheiten bei der Materialbearbeitung mit einem Laser gehören die fehlende Berührung von Schneidgerät und Material – das Schneidgerät erzeugt elektromagnetische Wellen, die auf das Material einwirken – und die Möglichkeit der Fokussierung auf einen kleinen Bereich. Zur Anwendung kommt entweder gepulste oder kontinuierliche Laserstrahlung, beide Formen bewirken eine Erhitzung und dadurch den Abtrag des bestrahlten Rohrmaterials. Genutzt werden je nach Anlage Gaslaser, Festkörper- oder Faserlaser. In vielen Fällen werden CO2-Laser verwendet, jedoch werden zunehmend Nd:YAG-Laser eingesetzt. Grundsätzlich dürfen Laser-Schneidanlagen nur unter Einhaltung höchster Sicherheitsvorkehrungen betrieben werden, da Laserstrahlung schnell irreparable Schäden im Gewebe von Lebewesen hervorrufen kann. Besonders gefährdet ist das Auge, denn dieses weist selbst eine Licht bündelnde Funktion auf. Aus diesem Grund können schon Laser mit einer relativ niedrigen Strahlungsintensität wie bspw. Laserpointer das Auge schwer verletzen. Entsprechend ist es nachvollziehbar, dass strahlungsintensive Lasergeräte, wie sie zur Rohrbearbeitung verwendet werden, nur mit effektiven Schutzvorrichtungen bzw. -ausrüstungen eingesetzt werden dürfen und nur in die Hände von Fachpersonal gehören.