CO2-Laser ersetzt Kappsäge

von Frank Gaebler Die Formaplan GmH produziert rund 30 Millionen Schubladenzargen pro Jahr. Im Rahmen der Herstellung werden vorkonfektionierte Spanplatten dreischichtig bei 80m/min mit einem Laminat versehen. In der Vergangenheit wurde das endlose Laminat mit einer mitlaufenden Kappsäge getrennt, was aufgrund der hohen Geschwindigkeit von 80 m/min zu hohen Wartungskosten der Säge führte. Durch eine Lasertrennmaschine, die auf einen Diamond E-400 CO2 Laser von Coherent basiert, konnten die Wartungskosten minimiert und die Geschwindigkeit auf 110 m/min erhöht werden.

CO2-Laser sind schon seit Jahrzehnten in verschiedensten industriellen Anwendungen etabliert. Dennoch wurden in den letzten Jahren bedeutende Fortschritte auf Basis der ‚Slab Discharge’ Technologie erzielt und eine neue Generation geschlossener sealed CO2-Laser sehr erfolgreich im Markt eingeführt. Das Erfolgsrezept dieser neuen Generation besteht aus der kompakten Bauform, der exzellenten Strahlqualität und der hohen Produktverfügbarkeit bei geringen Betriebskosten. Eine integrierte Leistungsmessung und Systemdiagnose, die sich über das Internet ansteuern lässt, ist eine weitere Innovation dieser Produkte.

Die Kombination dieser Eigenschaften eröffnet dieser Art von Lasern neue Anwendungen. Eine davon ist das Hochgeschwindigkeitsschneiden von Folien bei der Möbelherstellung. Mit Erfolg umgesetzt hat dies der Möbelteilezulieferer Rudolf Henrichsmeyer Formaplan GmbH & Co. KG, Hövelhof, der einen Schneideprozess vom herkömmlichen Sägeverfahren auf das Schneiden mit einem Coherent Diamond E-400 CO2-Laser umstellt hat. Formaplan ist ein Großhersteller von Möbelteilen und Flachpack-Möbeln. Schubkästen – eine der Hauptproduktprodukte der Firma – werden in Teilen gefertigt, die dann vom Käufer selbst montiert werden. Jeder, der schon einmal Möbel bei Ikea erworben hat, kennt diese Art des Aufbaus.

Die Seiten der Schubkästen bestehen aus typischerweise 12 mm dicken Spanplatten mit einer Breite von 60 bis 300 mm und einer Länge von 300 bis 750 mm. In einem Druchlaufverfahren werden die einzelnen Teile mit einer weniger als 0,5 mm dünnen Kunststoff-Folie ummantelt. Dazu werden vorgeschnittenen Holzplatten direkt aneinander gereiht in eine Anlage eingeschoben und mit dem Aufbringen der Folie zu einem endlosen Strang ummantelter Platten verbunden. Mit dem anschließenden Schneiden der Folie entstehen dann wieder einzelne Teile, die in nachfolgenden Prozessen in die endgültige Länge gebracht und mit den notwendigen Löchern, Nuten oder andere Eigenschaften versehen werden.

Die Platten laufen mit einer sehr hohen Geschwindigkeit durch die Maschine, wobei die Folie aufgetragen und im Durchlauf geschnitten werden muss, ohne die Bewegung zu unterbrechen. In der Vergangenheit hat Formaplan dies mit ‚fliegenden Sägen‘ realisiert, die senkrecht zur Bewegungsrichtung der Platten arbeiten. Dazu mussten die Sägen auf die Geschwindigkeit der Platten beschleunigt und nach jedem Schnitt wieder zurück in ihre Ausgangsposition gebracht werden. Nachteil: Die relativ schwere Säge muss schnell hin- und her bewegt werden, was zu sehr hohem Verschleiß der Säge und des mechanischen Bewegungsapparates führt. Weiterer großer Nachteil: Die Geschwindigkeit dieses Sägeprozesses war der Engpass der Strangproduktion, was letztendlich zur Endscheidung führte, auf Laserschneiden zu setzen.

Formaplan hat für diesen Schneideprozess auf eine Anlage umgestellt, die zwei stationäre Coherent Diamond E-400 CO2-Laser mit 400 Watt Durchschnittsleistung nutzt. Der Laserstrahl wird für den Schnitt durch die Folie des sich schnell bewegenden Stranges durch Galvanometer Scanner abgelenkt. Durch den Einsatz von zwei Lasern lassen sich die Zargenprofile simultan von beiden Seiten schneiden. Es wird mit Repetitionsraten von 10 bis 20 kHz gearbeitet, was bei der hohen Ablenkgeschwindigkeit der Scanner einen durchgängigen Schnitt erzeugt.

Einer der wesentlichen Gründe, warum sich Formaplan für den Diamond E-400 Laser entschieden hat, ist dessen exzellente Strahlqualität. Die Größe der Holzwerkstoffstränge und die Distanz, die die Stränge beim Schneiden zurücklegen, erfordern eine Fokussierungsoptik mit sehr langer Brennweite. Daraus resultiert ein relativ großer Fokusdurchmesser – im Bereich zwischen 200 und 300 µm – auf dem zu schneidenden Material.

Dies stellt bei der hohen Prozessgeschwindigkeit besondere Anforderungen an die Laserstrahlqualität. Die exzellente Modenqualität des E-400 besitzt trotz des vergrößerten Spots genug Leistung im Strahlzentrum, um die erforderliche Prozessintensität zu erreichen und ermöglicht somit ein schnelles Arbeiten. Eine weniger gute Modenqualität würde eine höhere Laserleistung und damit auch teurere Laser erfordern. Der Einsatz des auf den Diamond E-400-Lasern basierenden Systems hat die Geschwindigkeit der Produktionslinie um 35 Prozent erhöht und damit die Produktionskosten erheblich reduziert.

Ein weiterer Vorteil des Laserprozesses ist die verbesserte Schnittqualität. Die mechanische Säge mit ihrem 5 mm breiten Sägeblatt verursacht einen breiten Schnitt mit relativ schlechter Kantenqualität und entsprechender Nacharbeit. Im Gegensatz dazu produziert der Laser einen schmalen Schnitt. Die exzellente Modenqualität sowie die schnelle Pulsabfallzeit des Diamond E-400 erzeugen nur eine sehr kleine wärmebeeinflusste Zone. Dadurch muss weniger Material entfernt werden, um das Werkstück in seine Form zu bringen – die Abfallmenge wird reduziert.

Aus diesen Gründen hat sich der Wechsel vom Sägen zum Laserschneiden für Formaplan gelohnt. Der Invest in das Lasersystem ist nur unwesentlich höher als bei der Säge. Aber die Laseranlage benötigt nur etwa alle vier bis fünf Jahre eine Vollwartung und nicht alle drei Monate wie die Säge. Zusammen mit der erhöhten Prozessgeschwindigkeit und dem reduzierten Abfall sorgt dies für einen schnellen Return on Investment.

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