Snijden, lassen, harden

Voor het snijden met lasers worden thans drie belangrijke methoden gebruikt: verdamping, waarbij het materiaal door de laser zo sterk wordt verhit dan het plaatselijk verdampt, smelten en wegblazen met een inerte gasstraal (zoals zuivere stikstof, argon of helium) en, last but not least, smelten en wegblazen met een reactief gas.

Voor profielsnijden, het in repen snijden van metaal en het doorzagen van buizen (voordeel: geen rafels) zijn lasers doorgaans zeer geschikt, tenminste zolang geen metalen met een hoge warmtegeleiding (zoals goud, koper en aluminium) worden gebruikt. De voor dit doel aangewende CO2- en Nd:YAG-lasers zijn nog erg duur.

Een van de oudste toepassingen van lasers is het boren van microscopisch kleine gaatjes in metaal. In ons land is het TNO Centrum voor Materiaalbewerking met Lasers (CML) in Apeldoorn al eens gelukt om met een zeer krachtige laser in een roestvast staalfolie van slechts een vierkante centimeter 25.000 gaatjes van 0,01 millimeter te boren.

Behalve boren kan de laser ook merken en graveren. Het traditionele stansen geeft vaak vervormingen en slijtage van de stempel. Veel laserfabrikanten leveren volautomatische, computergestuurde lasersystemen (meestal een continue of hooggepulste Nd:YAG laser met een vermogen van 50 Watt en een operationele graveersnelheid van 20 centimeter per seconde) die speciaal bedoeld zijn voor het markeren van materialen. Het is vooral de auto-industrie die er gebruikt van maakt, maar de techniek leent zich ook voor serienummering van onderdelen, en decoratieve gravures en bedrijfsnamen op allerlei produkten.

Ook lassen met lasers wordt steeds populairder. Lasers verbruiken slechts een tiende van de energie van conventionele lasapparatuur. De warmte kan namelijk heel precies op de lasnaad geconcentreerd worden.

Sterk is opkomst is cladding: het aanbrengen van een roestwerende of harde legering op een metaal zonder dat de metallurgische eigenschappen van dat metaal worden aangetast. Roestwerend stelliet wordt in poedervorm op het metaal gelegd en met een CO2-laser (10 tot 15kW) gesmolten. Lasercladding is niet alleen goedkoper dan conventionele technieken, er wordt ook minder materiaal verbruikt.

Een hieraan verwante toepassing is "laserglazuren', waarbij het oppervlak van het metaal tot een bepaalde diepte wordt gesmolten en afgekoeld. Door de snelle afkoeling ontstaat vanzelf een uiterst sterke, glasachtige beschermlaag.

Nieuw is de machinale bewerking van lasers van zeer harde metalen als nikkel-superlegering, titaanlegering en gehard staal. Het bewerken en frezen van deze materialen wordt bemoeilijkt door zeer hoge temperaturen die ontstaan bij traditionele methoden. De slijtage aan de snij-instrumenten is zeer groot. Met een laser lukt het beter, omdat het metaal net vóór het snijmes plaatselijk verhit wordt. Het snijvlak zelf blijft zijn oorspronkelijke temperatuur behouden.

Een nieuwe ontwikkeling, "laser forming', werd ontwikkeld door het Poolse Instituut voor Fundamentele Technologie Onderzoek. Met een CO2-laser (2,5 KW) wordt een stuk metaal verhit en gedeformeerd. Via sensoren en lokale afkoeling met een water- of luchtstraal kunnen deze deformaties nauwkeurig gestuurd worden. Men kan er zeer complexe, driedimensionale vormen mee maken, inclusief kegel- en S-vormen. De technologie is zelfs geschikt voor harde metalen als brons, molybeen en staal of composieten. Gietvormen en mallen zijn niet meer nodig. (TNP feb '92).