Schneiden von Textilstoffen

Für einen tschechischen Hersteller haben wir ein System zum Laserschneiden von Textilmaterialien entwickelt. Die Aufgabe besteht darin, Polyestergewebe mit hoher Produktionsdurchsatzrate zu schneiden. Das Ausschneiden der gewünschten Teile erfolgt im Lauf (on the fly) aus einer 190 mm breiten Bahn, wobei das größte Teil ca. 175 mm misst. Für die Tests wurden zwei Materialien ausgewählt: 1) technisches Polyestergewebe (PET) mit einer Dicke von 0,45 mm 2) technisches Polyestergewebe (PET) mit einer Dicke von 0,16 mm.

Nach Rücksprache mit dem Kunden wurde für die Tests in unserem Labor ein Lasersubsystem ausgewählt, bestehend aus einer Laserquelle Coherent Diamond J3 250 W mit einer Wellenlänge von 10,6 μm, einem Scankopf mit einem Arbeitsbereich von 200 × 200 mm und einem Strahlaufweiter 1,3x ausgewählt.

Die CO₂-Laser der Coherent Diamond J-Serie sind gekapselte gepulste CO₂-Laser, die eine überdurchschnittlich hohe Leistung von bis zu 1000 W in einem vollintegrierten und kompakten Gehäuse bieten. Die einzigartigen Pulscharakteristiken, die sich aus der Plattenentladungskonstruktion ergeben, ermöglichen es den Lasern der Diamond J-Serie, Spitzenleistungen von deutlich über 2800 W pro Puls zu erreichen – im Gegensatz zu Lasern mit CW-Modulation.

Die Laser der Coherent J-Serie sind in den Wellenlängen 10,6 μm, 10,2 μm und 9,4 μm erhältlich und können mit einer Pulswiederholfrequenz von bis zu 200 kHz sowie schnellen Anstiegs- und Abfallzeiten betrieben werden. Diese Kombination aus Wellenlängenauswahl, hoher Spitzenleistung sowie schnellen Anstiegs- und Abfallzeiten, gepaart mit ausreichender Leistung und hervorragender Strahlqualität, macht die J-Serie zum idealen Laser für ein breites Spektrum an Materialbearbeitungsanwendungen. Alle Laser der Diamond-Serie basieren auf einer gemeinsamen Plattform mit standardisierten mechanischen und elektrischen Schnittstellen, optischen Schnittstellen, gemeinsamer Software sowie einer einheitlichen Service- und Supportstrategie. Alle Laser der J-Serie bieten die Möglichkeit einer proaktiven Wartung, die durch eine integrierte und umfassende Laserüberwachung mittels einer Reihe von Diagnosetools von Coherent ermöglicht wird.

Wichtigste Merkmale

• Breiter Betriebsleistungsbereich
• Hohe Spitzenleistung von 450 bis 2800 W je nach Lasertyp
• Pulsfrequenz von Einzelpulsen bis zu 200 kHz
• Schnelle Leistungsanstiegs- und -abfallzeiten
• Hervorragende Strahlqualität
• Hervorragende Leistungsstabilität
• Kostengünstige OEM-Konfiguration
• Integriertes, herausnehmbares HF-Netzteil
• Kompaktes Design
• Integrierte Diagnose des Zustands der Laserquelle

Bei den Tests wurde ein Verfahren gewählt, das unterschiedliche Bearbeitungsgeschwindigkeiten des ausgewählten Materials demonstriert und es dem Kunden ermöglichte, das gewünschte Qualitätsniveau des Schnitts besser zu bestimmen. Aus diesem Grund wurden alle Proben nach zwei verschiedenen Schnittqualitätsstandards bearbeitet: 1) „strict cut“ – im Schnitt verbleibt kein Material, die einzelnen Teile sind vollständig voneinander getrennt und es ist kein Kraftaufwand erforderlich, um sie zu entnehmen. 2) „relaxed cut“ – im Schnitt verbleiben Schmelzrückstände des Materials, zum Entnehmen des Teils ist ein geringer Kraftaufwand erforderlich.

Fazit

• Die ausgewählte Laserkonfiguration mit einer Coherent Diamond j-3-Quelle (10,6 µm) war in der Lage, das PET-Gewebe Testmuster A bei der Schnittqualität „Strict Cut“ mit einer Geschwindigkeit von 500 mm/s sowie bei der Schnittqualität „Relaxed Cut“ mit einer Geschwindigkeit von 1500 mm/s wiederholt zu schneiden.
• Die gewählte Laseranlage mit der Coherent Diamond j-3 10,6 µm-Quelle war in der Lage, das PET-Gewebe Testmuster B bei der Schnittqualität „Strict Cut“ mit einer Geschwindigkeit von 3500 mm/s sowie bei der Schnittqualität „Relaxed Cut“ mit einer Geschwindigkeit von 4000 mm/s wiederholt zu schneiden.

• Bei geraden Schnitten wird die Schnittgeschwindigkeit durch die Ausrichtung des Materials zur Bewegungsrichtung des Laserstrahls beeinflusst. Auf einigen Bildern ist zu erkennen, dass der Schnitt an den Stellen unterbrochen ist, an denen er das Bindungsmuster kreuzt. Dieser Effekt ist auch bei Kreisschnitten mit höherer Geschwindigkeit zu beobachten.

Anmerkungen und Empfehlungen:

• Zum Schneiden von PET-Material wäre der Einsatz der Laserquelle Coherent Diamond J-3 9,4 µm besser geeignet. Dank der besseren Absorption dieser Wellenlänge durch das PET-Material kann dieser Laser möglicherweise höhere Schnittgeschwindigkeiten erreichen.
• Insbesondere bei dickeren Materialien entsteht beim Schneiden eine größere Rauchmenge. Aus diesem Grund empfehlen wir, eine Rauchabsaugung in die Anlage zu integrieren.