Im Bereich des Laserschneidens, insbesondere bei der Bearbeitung hochreflektierender Metalle wie Kupfer, Messing und deren Legierungen, ist die Auswahl der Schneiddüse von entscheidender Bedeutung. Unter ihnen sind Einzelstrahl- und Doppelstrahldüsen die beiden Hauptkonstruktionsformen, die sich grundlegend in Design, Funktionsweise und Anwendungsbereichen unterscheiden.
1. Unterschiede im strukturellen Design
Einzelstrahldüse
Die Struktur besteht aus einem einzigen Gaskanal. Im Inneren besteht sie typischerweise aus einem Konus (Wirbelring) und dem Düsenkörper, wodurch ein kreisförmiger Gasströmungspfad entsteht.
Das Hochdruck-Hilfsgas (normalerweise Stickstoff oder sauerstofffreie Druckluft) wird aus diesem ringförmigen Strömungskanal ausgestoßen und bildet eine konvergierende und kollimierte Gasströmung.
Doppelstrahldüse
Die Struktur besteht aus zwei unabhängigen und koaxialen Gaskanälen. Die innere Schicht ist der Hauptschneidgas-Kanal, dessen Struktur der einer Einzelstrahldüse ähnelt. Die äußere Schicht ist ein zusätzlicher, unabhängiger ringförmiger Gaskanal.
Die Doppelstrahlstruktur ermöglicht es, dass zwei Gase (oder dasselbe Gas, aber mit unterschiedlichen Drücken) gleichzeitig durch die inneren und äußeren Kanäle arbeiten.
II. Wirkungsweise und Kernfunktionen
Wirkungsweise einer Einzelstrahldüse
Ihre Kernfunktion ist die Erzeugung eines Hochgeschwindigkeits- und stabilen Gasstrahls. Diese Gasströmung hat drei Haupteffekte:
Bildung eines Schutzes: Wegblasen des geschmolzenen Metalls an der Schnittkante, um den Schnitt zu vollenden.
Schutz der Linse: Verhindern, dass die beim Schneidprozess entstehenden Metallspritzer die darunter liegende Fokussierlinse verunreinigen und beschädigen.
Hilfskühlung: Zur Kühlung der inneren Komponenten des Schneidkopfes.
Beim Schneiden hochreflektierender Materialien kann das Einzelstrahldüsen-Luftstromdesign, insbesondere in Kombination mit dem Wirbelgasweg, die in das Düseninnere reflektierte Laserenergie effektiv verteilen und abschwächen, wodurch das Risiko einer Beschädigung der Düse selbst durch das reflektierte Licht verringert wird.
Die Wirkungsweise der Doppelstrahldüse
Ihre Wirkungsweise basiert auf dem Prinzip des Luftschleierschutzes. Die inneren und äußeren Luftströme arbeiten zusammen:
Innerer Luftstrom: Entspricht der Funktion der Einzelstrahldüse und ist für die Hauptschneidaufgabe zuständig, nämlich das Durchstechen des Materials und das Wegblasen der Schlacke.
Äußerer Luftstrom: Bildet einen "Luftschleier", der den inneren Hauptluftstrom umgibt. Die Hauptfunktion dieses Luftschleiers ist:
Erhöhter Reflexionsschutz: Der äußere Luftstrom kann die Düsenendfläche effektiver kühlen und reinigen und die von der Werkstückoberfläche reflektierte Laserenergie weiter blockieren und streuen, wodurch ein höheres Schutzniveau für die Düse und den Schneidkopf gewährleistet wird.
Verbesserung der Schnittstabilität: Der äußere Luftstrom trägt zur Stabilisierung des inneren Hauptluftstroms bei, wodurch die Turbulenzen innerhalb der Schnittkante reduziert werden, wodurch potenziell eine glattere Schnittfläche erzielt werden kann.
III. Vergleich der Leistungsparameter und Anwendungsszenarien
Der grundlegende Unterschied zwischen Einzelstrahl- und Doppelstrahldüsen für das Kupferschneiden liegt in der Gestaltung und Steuerung des Gasströmungsfeldes. Die Einzelstrahldüse erreicht das Schneiden und den Basisschutz durch einen einzigen optimierten Gasstrom, der sich durch wirtschaftliche und praktische Eigenschaften auszeichnet. Die Doppelstrahldüse konstruiert durch die Synergie eines inneren und äußeren zweischichtigen Gasstroms ein leistungsstärkeres Gasschleierschutzsystem, das einen höheren Prozessbereich und eine höhere Gerätesicherheit bietet, wenn es um extreme Reflexionsrisiken geht. Die Wahl der zu verwendenden Düse hängt vom spezifischen Verarbeitungsmaterial (Reinheit, Dicke), den Prozessanforderungen (Schnittqualität, Geschwindigkeit) und den Gesamtbetrachtungen der Kosten ab.