Lasersnijden van metaal
Lasersnijden is een thermisch snijproces waarbij een gebundelde laserstraal het metaal plaatselijk smelt of verbrandt, waarna een gasstroom het gesmolten materiaal uit de snede blaast. Deze pagina gaat over het proces zelf: hoe de snede ontstaat, wat de kwaliteit van de snijkant bepaalt en welke ontwerpregels daaruit volgen. Wilt u weten welke materialen en diktes wij verwerken en wat de levertijd is, kijk dan bij lasersnijden.
Hoe de snede ontstaat
De laserbron produceert een bundel licht met een zeer nauwe golflengte. Die bundel wordt via spiegels of een optische vezel naar de snijkop geleid, waar een lens hem focust tot een brandpunt van slechts enkele tienden van een millimeter. Op dat punt loopt de vermogensdichtheid op tot miljoenen watts per vierkante centimeter, ruim genoeg om vrijwel elk metaal binnen milliseconden te laten smelten of verdampen.
De positie van dat brandpunt ten opzichte van het plaatoppervlak bepaalt in hoge mate het resultaat. Bij dunne plaat ligt het brandpunt meestal op of net onder het oppervlak, bij dikkere plaat dieper in het materiaal zodat de snede over de volledige dikte gelijkmatig blijft. Een verkeerd ingestelde brandpuntafstand is een van de meest voorkomende oorzaken van een schuine of ruwe snijkant.
De snijvoeg
De snijvoeg, ook snijspleet of kerf genoemd, is de breedte van het materiaal dat tijdens het snijden verdwijnt. Die breedte is geen vast getal maar loopt op met de plaatdikte, omdat de laser bij dikker materiaal met een grotere bundeldiameter en meer vermogen werkt.
| Materiaal | Plaatdikte (mm) | Snijvoeg (mm) |
|---|---|---|
| Staal S235 (St. 37) | 1 tot 6 | 0,15 tot 0,20 |
| Staal S235 (St. 37) | 8 tot 12 | 0,30 tot 0,35 |
| Staal S235 (St. 37) | 15 tot 25 | 0,40 |
| RVS 1.4301 | 1 tot 3 | 0,15 tot 0,20 |
| RVS 1.4301 | 4 tot 20 | 0,30 tot 0,35 |
Die breedte is geen detail maar een rekengrootheid. De machinesoftware compenseert er automatisch voor door de snijbaan een halve voegbreedte naast de contour te leggen, zodat het uitgesneden deel exact op maat komt. Bij nauwsluitende passingen en bij delen die in elkaar moeten grijpen is het verstandig de snijvoeg mee te nemen in het ontwerp, zeker als je met kleine spelingen werkt. Wie twee delen uit dezelfde plaat wil laten aansluiten, verliest per snede al gauw drie tiende millimeter.
De warmtebeĆÆnvloede zone
Omdat lasersnijden een thermisch proces is, verandert een smalle strook materiaal langs de snede van structuur. Die strook heet de warmtebeĆÆnvloede zone. Bij lasersnijden is die zone klein, doorgaans enkele tienden van een millimeter, wat een van de belangrijkste voordelen is ten opzichte van bijvoorbeeld plasmasnijden.
Hoe breed de zone wordt hangt af van de warmte-inbreng en van het materiaal zelf. Metalen die warmte snel afvoeren, zoals aluminium en koper, houden de zone smal maar vragen meer vermogen. Roestvast staal voert warmte juist slecht af, waardoor de warmte zich concentreert. Meer over dat verschil staat bij eigenschappen van metaal. In de praktijk is de zone bij plaatwerk zelden een probleem, maar bij dunne delen en bij materialen die na het snijden nog gehard of gelast worden, telt hij wel mee.
Laserbronnen
Er zijn twee typen laserbronnen die in de plaatbewerking domineren, en het verschil zit vooral in de golflengte. De fiberlaser werkt rond 1,06 micrometer, de CO2-laser rond 10,6 micrometer, precies een factor tien hoger.
Die golflengte bepaalt hoe goed een metaal het licht opneemt. Metaal absorbeert korte golflengtes veel beter, en daarom snijdt een fiberlaser dunne plaat aanzienlijk sneller en kan hij ook reflecterende materialen als koper en messing aan. De CO2-laser heeft van oudsher het voordeel van een gladdere snijkant bij dikkere plaat, al is dat verschil met de huidige generatie fiberlasers grotendeels verdwenen. Wat dit in de praktijk betekent voor jouw werkstuk staat op de pagina’s over fiber lasersnijden en CO2 lasersnijden.
Voor buis, koker en profiel geldt een apart proces met een roterende opspanning en een aangepaste snijkop. Dat behandelen we bij buislasersnijden.
Gratis controle
& advies
& advies
99% zekerheid voor tijdige leveringen
Snijwerk binnen 72 uur geleverd.
In-house glasparelen, poedercoaten en stralen.
Alle metaalsoorten beschikbaar
Snijgassen en wat ze met de snede doen
Het snijgas doet twee dingen tegelijk: het blaast het gesmolten materiaal uit de snede en het beschermt de optiek tegen opspattend metaal. Welk gas je kiest verandert echter ook de chemie van het proces, en daarmee het uiterlijk en de bruikbaarheid van de snijkant.
Zuurstof
Bij snijden met zuurstof treedt een exotherme reactie op: het ijzer in het staal verbrandt en levert daarbij zelf energie. Die extra warmte maakt het proces aanzienlijk sneller op dikker ongelegeerd staal, en juist daar wordt zuurstof dan ook toegepast. De keerzijde is dat er een dunne oxidehuid op de snijkant achterblijft. Die laag hecht slecht en moet worden verwijderd voordat het deel wordt gelakt, gepoedercoat of gelast.
Stikstof
Stikstof reageert niet met het metaal. De laser moet in dit geval alle energie zelf leveren en het gas blaast het gesmolten materiaal enkel weg; dit heet smeltsnijden. Het resultaat is een blanke, oxidevrije snijkant die direct verder kan worden verwerkt. Dat maakt stikstof de standaard voor roestvast staal en aluminium, en voor alle zichtdelen. Het vraagt wel meer laservermogen en het gasverbruik ligt fors hoger, dus zuurstof blijft voor dik constructiestaal doorgaans de economischere keuze.
Perslucht
Perslucht bestaat voor ongeveer 78 procent uit stikstof en is daarmee een goedkoop alternatief voor dunne plaat. De resterende zuurstof zorgt voor een lichte verkleuring van de snijkant, wat bij constructiedelen zelden bezwaarlijk is maar bij zichtwerk wel opvalt.
Aanloopkleuren bij roestvast staal
Wordt roestvast staal warm in aanwezigheid van zuurstof, dan ontstaan aanloopkleuren: een verkleuring van geel via blauw naar bruin. Die laag is niet alleen cosmetisch. Onder de aanloopkleur is de chroomoxidelaag verarmd, waardoor de corrosiebestendigheid op die plek juist lager is dan van het onbehandelde materiaal. Bij toepassingen die corrosiebestendig moeten blijven verwijder je die laag daarom, wat gebeurt door beitsen en passiveren.
Snijkantkwaliteit volgens ISO 9013
Voor thermisch gesneden delen is de kwaliteit van de snijkant genormeerd in ISO 9013. Die norm maakt het mogelijk om een eis eenduidig op een tekening te zetten in plaats van te werken met begrippen als “netjes” of “schoon”. De norm beschrijft twee meetgrootheden en een reeks klassen.
Haaksheidstolerantie u
De haaksheids- of hellingstolerantie u beschrijft hoeveel de snijkant afwijkt van loodrecht op het plaatoppervlak. Geen enkel thermisch proces snijdt volmaakt haaks; er zit altijd een lichte helling of tonvorm in. ISO 9013 verdeelt die afwijking in bereiken, waarbij een lager bereik een strakkere eis is. Lasersnijden haalt op plaatwerk doorgaans de scherpste bereiken, wat precies het verschil is met plasma.
Gemiddelde profielhoogte Rz5
De tweede grootheid is de ruwheid van de snijkant, uitgedrukt als de gemiddelde profielhoogte Rz5. Die wordt bepaald door de snijsnelheid, het gas, de plaatdikte en de staat van de optiek. Een oplopende Rz5 bij gelijke instellingen is in de praktijk een van de eerste signalen dat de lens of het mondstuk aan vervanging toe is.
Braamvorming
Braam is het restje gestold materiaal aan de onderzijde van de snede. Het ontstaat wanneer het gas het gesmolten materiaal niet volledig uit de snijvoeg krijgt, meestal door een verkeerde combinatie van snijsnelheid, gasdruk en brandpuntstand. Volledig braamvrij snijden is bij dunne plaat goed haalbaar, maar bij dikker materiaal blijft er vaak een lichte braam die je verwijdert. Hoe dat gebeurt staat bij afbramen.
Vraag vrijblijvend een offerte aan
Heb je een metaalproject of specifieke vraag over materialen, bewerkingen of toepassingen? Wij leveren maatwerk in vrijwel alle metaalsoorten ā snel, vakkundig en betrouwbaar. Onze specialisten denken graag met je mee.
Ontwerpregels voor lasersnijwerk
De meeste problemen met lasersnijwerk ontstaan niet in de machine maar in het ontwerp. Onderstaande vuistregels zijn geen harde grenzen maar een verstandig startpunt; bij twijfel is het altijd goedkoper om het vooraf te toetsen dan achteraf te herstellen.
Gaten en stegen
Een gat kan niet onbeperkt klein zijn ten opzichte van de plaatdikte. De gangbare vuistregel is dat de gatdiameter minimaal gelijk is aan de plaatdikte, en bij materiaal dikker dan ongeveer 5 mm eerder anderhalf keer de plaatdikte. Kleinere gaten zijn technisch soms haalbaar, maar de snijkant wordt dan schuiner en de doorlooptijd loopt op, omdat de laser per gat opnieuw moet insteken.
Voor de steg, het materiaal dat tussen twee uitsparingen overblijft, geldt hetzelfde principe. Blijf minimaal op de plaatdikte en houd bij voorkeur anderhalf keer aan. Een te smalle steg wordt door de ingebrachte warmte krom getrokken of brandt weg.
Hoeken en radii
Een scherpe binnenhoek van precies 90 graden bestaat in lasersnijwerk niet, want de snijvoeg is rond. Er blijft altijd een kleine radius over ter grootte van ongeveer de halve voegbreedte. Neem die radius bewust op in de tekening in plaats van hem aan de machine over te laten; dan weet je zeker dat aansluitende delen passen. Bij scherpe punten onder een kleine hoek concentreert de warmte zich bovendien sterk, wat tot verbranding of vervorming kan leiden.
Micro-joints en nesting
Kleine delen zouden na het uitsnijden in het snijbed vallen. Om dat te voorkomen laat de programmeur bewust een paar honderdsten materiaal onaangeroerd, zodat het deel aan de plaat blijft hangen. Zo’n verbinding heet een micro-joint en wordt na het snijden gebroken.
Nesting is het zo efficiƫnt mogelijk indelen van de delen op de plaat. Een goed genest programma verhoogt de materiaalbenutting aanzienlijk, wat direct de kostprijs per deel verlaagt. Delen met vlakke zijden laten zich beter nesten dan delen met veel uitstulpingen; wie daar in het ontwerp rekening mee houdt, snijdt goedkoper.
Lasersnijden vergeleken met plasma en waterstraal
Lasersnijden is niet altijd de juiste techniek, en het is nuttig te weten waar de grens ligt.
Plasmasnijden gebruikt een geĆÆoniseerde gasstraal en wordt sneller en goedkoper zodra de plaat echt dik wordt. De keerzijde is een bredere snijvoeg, een grotere warmtebeĆÆnvloede zone en een duidelijk schuinere snijkant. Voor constructiewerk waar de snijkant toch wordt bewerkt is dat prima; voor precisiedelen niet.
Waterstraalsnijden werkt koud, met water onder extreem hoge druk en een schuurmiddel. Er is dus geen warmtebeĆÆnvloede zone en geen vervorming, en vrijwel elk materiaal is te snijden, ook zeer dik materiaal en niet-metalen. Daar staat een lagere snelheid, een bredere snede en een hogere prijs per meter tegenover. Wanneer die afweging kantelt, leest u in ons artikel over wanneer waterstraalsnijden de betere keuze is.
Grenzen van de techniek
Reflecterende metalen vragen extra aandacht. Koper en messing kaatsen het licht van een CO2-laser grotendeels terug, waardoor snijden met die bron nauwelijks lukt en de bron zelfs beschadigd kan raken. Een fiberlaser met zijn kortere golflengte wordt veel beter geabsorbeerd en kan koper en messing wel verwerken, al blijft het door de hoge warmtegeleiding een veeleisend proces.
Verder loopt bij toenemende plaatdikte de snijkantkwaliteit terug en neemt de haaksheidsafwijking toe. Er is voor elk materiaal een dikte waarboven een ander proces logischer wordt. En tot slot: lasersnijden is een tweedimensionaal proces. Alles wat na het snijden nog vorm moet krijgen, zoals een profiel of een kokervorm, gaat door naar zetwerk.
Wilt u weten wat er in uw geval haalbaar is qua materiaal, dikte en tolerantie, dan denken onze werkvoorbereiders mee vanaf de tekening. Dat hoort bij lasersnijden bij Van Hengstum.
Onze actieve industrieƫn
Offerte aanvragen?
- Omschrijf uw aanvraag
- Binnen 1 werkdag een antwoord
- Persoonlijk adviesgesprek
Veel gestelde vragen over Lasersnijden van metaal
Hoe ontstaat de snede bij lasersnijden?
De laserbron produceert een gebundelde lichtstraal die via spiegels of een optische vezel naar de snijkop wordt geleid, waar een lens hem focust tot een brandpunt van enkele tienden van een millimeter. Op dat punt loopt de vermogensdichtheid op tot miljoenen watts per vierkante centimeter, genoeg om het metaal binnen milliseconden te laten smelten of verdampen. Een gasstroom door het mondstuk blaast het gesmolten materiaal vervolgens uit de snede. De positie van het brandpunt ten opzichte van het plaatoppervlak bepaalt in hoge mate de kwaliteit; een verkeerd ingestelde brandpuntafstand is een van de meest voorkomende oorzaken van een schuine of ruwe snijkant.
Wat is de snijvoeg en waarom moet je die compenseren?
De snijvoeg, ook snijspleet of kerf genoemd, is de breedte van het materiaal dat tijdens het snijden verdwijnt. Die breedte loopt op met de plaatdikte: bij staal van 1 tot 6 mm is de snijvoeg ongeveer 0,15 tot 0,20 mm, bij 8 tot 12 mm loopt dat op naar 0,30 tot 0,35 mm en bij 15 tot 25 mm naar circa 0,40 mm. Bij roestvast staal liggen de waarden in dezelfde orde. Zou de machine exact op de contour snijden, dan zou het uitgesneden deel een halve voegbreedte te klein worden. De machinesoftware legt de snijbaan daarom automatisch een halve voegbreedte naast de contour. Bij nauwsluitende passingen en bij delen die in elkaar moeten grijpen neem je de snijvoeg ook in het ontwerp mee.
Wat is de warmtebeĆÆnvloede zone bij lasersnijden?
De warmtebeĆÆnvloede zone is de smalle strook materiaal langs de snede waarin de structuur door de ingebrachte warmte is veranderd. Bij lasersnijden is die zone klein, doorgaans enkele tienden van een millimeter, en dat is een van de belangrijkste voordelen ten opzichte van plasmasnijden. Hoe breed de zone wordt hangt af van de warmte-inbreng en van het materiaal. Metalen die warmte snel afvoeren, zoals aluminium en koper, houden de zone smal maar vragen meer vermogen. Bij plaatwerk is de zone zelden een probleem, maar bij dunne delen en bij materiaal dat daarna nog wordt gehard of gelast telt hij wel mee.
Wat is ISO 9013 en welke kwaliteitsklassen kent lasersnijden?
ISO 9013 is de norm die de kwaliteit van thermisch gesneden snijkanten vastlegt. Daarmee kun je op een tekening een eenduidige eis stellen in plaats van te werken met begrippen als netjes of schoon. De norm beschrijft twee meetgrootheden: de haaksheids- of hellingstolerantie u, die aangeeft hoeveel de snijkant afwijkt van loodrecht, en de gemiddelde profielhoogte Rz5, die de ruwheid van de snijkant beschrijft. Beide zijn verdeeld in bereiken, waarbij een lager bereik een strakkere eis betekent. Lasersnijden haalt op plaatwerk doorgaans de scherpste bereiken; dat is precies waarin het zich onderscheidt van plasmasnijden.
Wanneer gebruik je zuurstof en wanneer stikstof als snijgas?
Bij zuurstof treedt een exotherme reactie op waarbij het ijzer in het staal verbrandt en zelf energie levert. Dat maakt het proces aanzienlijk sneller op dikker ongelegeerd staal, maar er blijft een dunne oxidehuid op de snijkant achter die moet worden verwijderd voordat er wordt gelakt, gepoedercoat of gelast. Stikstof reageert niet met het metaal; de laser levert alle energie en het gas blaast het gesmolten materiaal enkel weg. Dat geeft een blanke, oxidevrije snijkant die direct verder kan, wat stikstof de standaard maakt voor roestvast staal, aluminium en zichtdelen. Stikstof vraagt wel meer laservermogen en het gasverbruik ligt fors hoger.
Hoe klein kan een gat zijn in verhouding tot de plaatdikte?
De gangbare vuistregel is dat de gatdiameter minimaal gelijk is aan de plaatdikte, en bij materiaal dikker dan ongeveer 5 mm eerder anderhalf keer de plaatdikte. Kleinere gaten zijn technisch soms haalbaar, maar de snijkant wordt dan merkbaar schuiner en de doorlooptijd loopt op omdat de laser per gat opnieuw moet insteken. Voor de steg, het materiaal dat tussen twee uitsparingen overblijft, geldt dezelfde regel: blijf minimaal op de plaatdikte en houd bij voorkeur anderhalf keer aan, want een te smalle steg trekt krom of brandt weg.
Waarom ontstaat braam bij lasersnijden en hoe voorkom je dat?
Braam is het restje gestold materiaal aan de onderzijde van de snede. Het ontstaat wanneer het snijgas het gesmolten materiaal niet volledig uit de snijvoeg krijgt, meestal door een verkeerde combinatie van snijsnelheid, gasdruk en brandpuntstand. Ook een versleten mondstuk of een vervuilde lens veroorzaakt braam. Bij dunne plaat is vrijwel braamvrij snijden goed haalbaar door de parameters nauwkeurig af te stemmen. Bij dikker materiaal blijft er vaak een lichte braam achter, die je verwijdert met een nabewerking zoals afbramen of glasparelstralen.
Waarom zijn koper en messing moeilijk te lasersnijden?
Koper en messing reflecteren laserlicht sterk en geleiden warmte uitzonderlijk goed, en die combinatie maakt ze veeleisend. Bij een CO2-laser met een golflengte van 10,6 micrometer wordt het licht grotendeels teruggekaatst, waardoor snijden nauwelijks lukt en de bron zelfs beschadigd kan raken door de terugkerende straling. Een fiberlaser werkt rond 1,06 micrometer en die kortere golflengte wordt door deze metalen veel beter geabsorbeerd, waardoor koper en messing er wel mee te verwerken zijn. Door de hoge warmtegeleiding blijft er wel meer vermogen nodig dan bij staal van dezelfde dikte.
Wat is het verschil tussen lasersnijden, plasmasnijden en waterstraalsnijden?
Lasersnijden geeft de smalste snijvoeg, de kleinste warmtebeĆÆnvloede zone en de hoogste maatnauwkeurigheid, en is daarmee de standaard voor precisieplaatwerk. Plasmasnijden gebruikt een geĆÆoniseerde gasstraal en wordt sneller en goedkoper zodra de plaat echt dik wordt, maar levert een bredere snede, een grotere warmtebeĆÆnvloede zone en een duidelijk schuinere snijkant. Waterstraalsnijden werkt koud met water onder extreem hoge druk en een schuurmiddel, waardoor er geen warmtebeĆÆnvloede zone en geen vervorming ontstaat en vrijwel elk materiaal te snijden is, ook zeer dik en niet-metaal. Daar staan een lagere snelheid, een bredere snede en een hogere prijs per meter tegenover.
Wat betekenen aanloopkleuren bij het lasersnijden van roestvast staal?
Aanloopkleuren zijn de verkleuringen van geel via blauw naar bruin die ontstaan wanneer roestvast staal warm wordt in aanwezigheid van zuurstof. Ze zijn niet alleen cosmetisch: onder de aanloopkleur is de beschermende chroomoxidelaag verarmd, waardoor de corrosiebestendigheid op die plek juist lager is dan van het onbehandelde materiaal. Voor toepassingen die corrosiebestendig moeten blijven, zoals in de voedingsmiddelen- en procesindustrie, verwijder je die laag daarom door beitsen en passiveren. Snijden met stikstof in plaats van zuurstof voorkomt het probleem grotendeels, omdat stikstof niet met het metaal reageert.
