Vergleich von Blechschneideverfahren: Scheren vs. Laserschneiden

Die Herstellung von Blechkomponenten erfordert präzise und effiziente Schneidverfahren. Zu den gängigsten Verfahren zählen das Scheren und das Laserschneiden. Jede dieser Techniken zeichnet sich durch unterschiedliche Eigenschaften aus, die auf spezifische Fertigungsanforderungen zugeschnitten sind. 

Der Hauptunterschied zwischen beiden Verfahren ist einfach. Beim Scheren stehen Geschwindigkeit und niedrige Kosten für einfache Schnitte in großen Stückzahlen im Vordergrund, während beim Laserschneiden als scherfreies Verfahren der Strahl so fokussiert wird, dass das Material verdampft wird. Dies ermöglicht komplexe Designs und hohe Präzision bei unterschiedlichsten Materialien. 

Darüber hinaus gibt es einige Unterschiede zwischen den beiden Techniken. Deshalb werden wir die beiden Techniken im Folgenden näher betrachten und untersuchen. Wenn Sie sich also nicht sicher sind, welche der beiden Techniken Sie wählen sollen, legen wir los. 

Vergleich von Scheren und Laserschneiden

Scheren und Laserschneiden unterscheiden sich in vielerlei Hinsicht erheblich. Im Folgenden erläutern wir einige Faktoren, die die beiden Schneideverfahren voneinander unterscheiden. 

Prozess

• Scheren

Dies ist ein mechanischer Prozess. Dabei wird eine erhebliche Scherkraft auf das Material ausgeübt, wodurch es entlang einer vorgegebenen Linie bricht. Der Prozess basiert auf der physikalischen Interaktion gegenüberliegender Klingen, wodurch eine konzentrierte Scherspannung entsteht, die die Scherfestigkeit des Materials übersteigt.

• Laserschneiden

Dies ist ein thermischer Prozess. Dabei wird ein hochfokussierter Laserstrahl verwendet, um das Material zu schmelzen, zu verdampfen oder zu verbrennen. Intensität und Fokus des Laserstrahls ermöglichen eine präzise Steuerung des Schneidprozesses. CNC-Systeme führen den Laserstrahl typischerweise und ermöglichen so komplizierte und komplexe Schnitte.

Werkstoff

• Scheren

Vor allem für Bleche und Platten geeignet. Materialstärke und Härte sind limitierende Faktoren. Dickere und härtere Materialien erfordern mehr Kraft. Bestimmte Materialien können sich beim Scheren verformen oder reißen, insbesondere wenn sie spröde sind.

• Laserschneiden

Äußerst vielseitig einsetzbar und zum Schneiden einer Vielzahl von Materialien geeignet, darunter Metalle, Kunststoffe, Holz, Verbundwerkstoffe und Keramik. Es kann unterschiedliche Materialstärken verarbeiten, erfordert jedoch für dickere Materialien leistungsstärkere Laser. Bietet im Vergleich zum Scheren mehr Flexibilität bei der Materialauswahl.

Schnelligkeit

• Scheren

Sehr schnell für geradlinige Schnitte, insbesondere in der Großserienproduktion. Die Zykluszeit der Maschine und die Materialeigenschaften begrenzen die Geschwindigkeit.

• Laserschneiden

Die Geschwindigkeit variiert je nach Material, Dicke und Komplexität des Schnitts. Sie ist schneller bei dünnen Materialien und einfachen Schnitten, aber langsamer bei dicken Materialien und komplizierten Designs. Bei einfachen geraden Schnitten ist sie im Allgemeinen langsamer als das Scheren.

Wärmeeinflusszone (WEZ)

• Scheren

Da es sich um einen mechanischen Prozess handelt, entstehen keine Wärmeeinflusszonen. Dies ist ein erheblicher Vorteil, wenn die Materialeigenschaften erhalten bleiben müssen.

• Laserschneiden

Es entsteht eine WEZ, also der Bereich um den Schnitt, der von der Hitze des Lasers beeinflusst wird. Die WEZ kann Materialeigenschaften wie Härte und Mikrostruktur verändern. Die Größe der WEZ hängt von der Laserleistung, der Schnittgeschwindigkeit und den Materialeigenschaften ab.

Vielseitigkeit

• Scheren

Beschränkt auf geradlinige Schnitte. Weniger vielseitig beim Erstellen komplexer Formen oder komplizierter Designs.

• Laserschneiden

Dank seiner Vielseitigkeit können komplexe Formen, komplizierte Designs und feine Details erzeugt werden. Im Vergleich zum Scheren bietet es mehr Gestaltungsfreiheit.

Kontrasttabelle

Wenn Sie sich schnell einen Überblick über die Unterschiede zwischen den beiden Schneidemethoden verschaffen möchten, kann Ihnen diese Tabelle eine große Hilfe sein. 

Merkmal	Scheren	Laserschneiden
Prozess	Mechanisch (Bruch)	Thermisch (Schmelzen/Verdampfen)
Werkstoff	Bleche, Platten	Großes Sortiment (Metalle, Kunststoffe etc.)
Schnelligkeit	Hoch (gerade Schnitte)	Variable (Material, Komplexität)
Wärmeeinflusszone	Keine	Gegenwart
Vielseitigkeit	Begrenzt (gerade Schnitte)	Hoch (komplexe Formen)
Präzision	senken	Höher
Kosten	Senken	Höher

Übersicht über Scheren und Laserschneiden

Lassen wir die grundlegenden Vergleiche beiseite und gehen wir die einzelnen Schneidemethoden genauer durch. Hier ist eine Aufschlüsselung der beiden Methoden:

Übersicht über das Scheren

Scheren ist ein traditioneller mechanischer Schneidprozess, bei dem gegenläufige Klingen zum Trennen von Blechen verwendet werden. Diese Technik wird Bleche schneiden ohne Materialabtrag, was es für geradlinige Schneidvorgänge äußerst effizient macht.

Wie funktioniert es?

Beim Scheren wird Blech zwischen einem festen Untermesser und einem beweglichen Obermesser positioniert. Beim Absenken des Obermessers wird eine Kraft ausgeübt, die die Scherfestigkeit des Materials übersteigt und das Metall entlang der Schnittlinie bricht. Der Prozess verläuft typischerweise vom ersten Eindringen bis zum vollständigen Bruch.

Schlüsselkomponenten des Scherens

• Schermaschine: Robuster Rahmen mit hydraulischem oder mechanischem Antriebssystem
• Obere und untere Klingen: Schneiden aus gehärtetem Stahl
• Niederhalter: Mechanismen, die das Material beim Schneiden sichern
• Rücklaufsperren: Einstellbare Führungen zur Positionierung des Materials
• B: Auflagefläche für das Werkstück

Überblick über das Laserschneiden 

Laserschneiden ist eine thermische Schneidtechnologie, bei der ein fokussierter Lichtstrahl Material entlang eines präzise gesteuerten Pfades schmilzt, verbrennt oder verdampft. Es ermöglicht die Herstellung filigraner Designs und komplexer Geometrien ohne physische Werkzeuge.

Wie funktioniert es?

Ein Hochleistungslaserstrahl wird erzeugt und durch eine Optik auf die Materialoberfläche fokussiert. Die konzentrierte Energie erzeugt intensive Hitze, die das Material schmilzt, verbrennt oder verdampft. Hilfsgas, typischerweise Sauerstoff, Stickstoff oder Druckluft, bläst das geschmolzene Material weg und erzeugt einen sauberen Schnitt. CNC-gesteuert steuert den Strahlverlauf nach programmierten Mustern.

Schlüsselkomponenten des Laserschneidens

• Laserresonator: Erzeugt den Laserstrahl (CO₂, Faser oder Nd:YAG)
• Strahlabgabesystem: Spiegel und Optiken, die den Strahl lenken und fokussieren
• CNC-Steuerungssystem: Computer, der Bewegung und Laserleistung koordiniert
• Hilfsgassystem: Liefert Gas zum Schneiden und Entfernen von geschmolzenem Material
• Schneidkopf: Enthält Fokussierlinse und Gasdüse
• Schneidbett: Unterstützt das Material während der Verarbeitung

Präzision und Genauigkeit

Was die Präzision und Genauigkeit beim Blechschneiden betrifft, so gibt es beim Scheren und Laserschneiden unterschiedliche Ansätze. Verschiedene Faktoren beeinflussen die Präzision und Genauigkeit, wie zum Beispiel:

Schnitttoleranzen

Scherprozesse weisen typischerweise Schnitttoleranzen von ±0.1 mm bis ±0.5 mm auf. Diese Variabilität wird maßgeblich von Materialstärke, Klingenschärfe und Maschinensteifigkeit beeinflusst. Insbesondere dickere Materialien erfordern einen höheren Kraftaufwand, was zu einer stärkeren Durchbiegung und damit zu größeren Toleranzen führt. Verschlissene oder falsch eingestellte Klingen verschärfen dieses Problem, ebenso wie eine mangelhafte Maschinenstruktur, die Vibrationen und Abweichungen verursachen kann. 

Im Gegensatz dazu erreicht das Laserschneiden mit einem fein fokussierten Strahl und präziser CNC-Steuerung deutlich engere Toleranzen von ±0.025 mm bis ±0.1 mm. Diese Präzision wird durch die sorgfältige Steuerung von Laserleistung, Schnittgeschwindigkeit und Gasunterstützung gewährleistet. Dadurch werden thermische Effekte minimiert und eine exakte Maßwiedergabe gewährleistet. 

Minimale Feature-Größe

Das Scheren ist naturgemäß auf gerade Schnitte beschränkt. Innenliegende Schnitte sind aufgrund der festen Geometrie des Sägeblatts und der dabei wirkenden mechanischen Kräfte nicht möglich. Jede durch das Scheren entstehende Innenecke hat einen Radius, der durch das Sägeblatt bestimmt wird. 

Der hochfokussierte Laserstrahl hingegen ermöglicht die Erzeugung komplexer Strukturen von nur 0.1 mm und manchmal sogar noch kleiner, abhängig von Materialdicke, Laserstrahldurchmesser und Laserparametern. Diese Fähigkeit beruht auf der Fähigkeit des Lasers, Material lokal präzise zu verdampfen oder zu schmelzen.

Der Strahldurchmesser wirkt sich direkt auf die minimale Strukturgröße aus, wobei kleinere Durchmesser feinere Details ermöglichen.

Kantenqualität

Beim Scheren entstehen Kanten mit leichter Verformung, darunter Grate (erhabene Kanten oder raue Oberflächen) und Rollover, die Verformung der Oberkante durch die Abwärtskraft der Klinge. Die Unterkante weist typischerweise eine Bruchzone auf, in der sich das Material ungleichmäßig trennt. Dies erfordert für Präzisionsanwendungen ein Nachentgraten oder Schleifen. 

Laserschneiden hingegen erzeugt glattere Kanten mit minimaler Gratbildung und gleichbleibender Qualität über die gesamte Materialstärke. Zwar ist eine Wärmeeinflusszone (WEZ) vorhanden, eine Nachbearbeitung ist jedoch in der Regel nicht erforderlich, da die Kantenqualität für die meisten Anwendungen ausreichend ist. 

Feine Streifen parallel zur Laserstrahlrichtung können sichtbar sein, beeinträchtigen die Funktionalität jedoch selten.

Positionsgenauigkeit

Die Genauigkeit des Scherens hängt stark von der Geschicklichkeit des Bedieners und der Maschinenkalibrierung ab, was zu Inkonsistenzen führen kann. Manuelle Positionierung, Abweichungen in den Materialeigenschaften und Ungenauigkeiten des Anschlags können zu Fehlern führen. 

Beim Laserschneiden kommen moderne CNC-Steuerungssysteme mit Encoder-Feedback und präziser Bewegungssteuerung zum Einsatz, die eine wiederholbare Positionsgenauigkeit von ±0.05 mm oder besser bieten. 

Dieser automatisierte Prozess minimiert menschliche Fehler und gewährleistet eine konsistente und präzise Positionierung des Schneidstrahls. Dies führt zu zuverlässigeren und wiederholbaren Ergebnissen. Moderne CNC-Systeme liefern Echtzeit-Feedback und können kleine Abweichungen ausgleichen.

Materialverformung

Scheren kann aufgrund der hohen mechanischen Kräfte zu Materialverbiegungen oder -verwerfungen führen, insbesondere bei dünneren Materialien. Die Verformung ist in der Nähe der Schnittlinie stärker ausgeprägt und kann die Maßgenauigkeit des Werkstücks beeinträchtigen. 

Laserschneiden minimiert mechanische Verformungen, da der Laserstrahl nur minimale Kraft ausübt. Bei dünnen Materialien kann es jedoch aufgrund lokaler Erwärmung zu thermischen Verformungen kommen, die durch die richtige Steuerung der Laserparameter und der Gasunterstützung gemildert werden können. Die Wärmeeinflusszone kann zudem geringfügige Veränderungen der Materialeigenschaften verursachen.

Oberflächenfinish

Durch das Scheren entsteht eine rauere Oberfläche mit sichtbaren Scherspuren, ein typisches Merkmal des mechanischen Brechprozesses. Oberflächenunregelmäßigkeiten und Scherspuren sind prozessbedingt. 

Beim Laserschneiden hingegen entsteht eine glatte Oberfläche mit feinen Rillen parallel zur Strahlrichtung. Diese glattere Oberfläche macht häufig eine weitere Oberflächenbehandlung überflüssig, was zu höherer Effizienz und kürzeren Produktionszeiten beiträgt. 

Bei manchen Metallen kann es jedoch zu Oxidation kommen und zu Verfärbungen, die möglicherweise behandelt werden müssen.

Kosten und Effizienz

Wenn es um Kosten und Effizienz geht, weisen die beiden Schneidemethoden erhebliche Unterschiede auf. Es gibt verschiedene Faktoren, die die Kosten und die Effizienz des Scherens beeinflussen und Laserschneiden von Metallblechens. 

Werkzeug- und Vorrichtungskosten

Für Schervorgänge werden relativ einfache Werkzeuge benötigt, die hauptsächlich aus Klingen bestehen, die mehrfach nachgeschliffen werden können, wodurch die langfristigen Kosten gesenkt werden. Die Vorrichtungsanforderungen sind im Allgemeinen unkompliziert und basieren auf Anschlägen und Niederhaltern. 

Im Gegensatz dazu verursacht das Laserschneiden höhere Werkzeugkosten aufgrund der Notwendigkeit von Präzisionsoptiken, Düsen und Hilfsgassystemen. Während die Vorrichtung für komplexe Geometrien spezielle Konstruktionen erfordern kann, minimiert die inhärente Flexibilität des Laserschneidens die Verwendung zahlreicher Spezialwerkzeuge und gleicht so möglicherweise einige anfängliche Werkzeugkosten aus.

Materialverwertung und Abfall

Aufgrund der inhärenten Beschränkung auf geradlinige Schnitte kann es bei Scherprozessen zu erhöhtem Materialabfall kommen, insbesondere bei der Herstellung komplexer Formen oder bei Ineffizienzen bei der Verschachtelung. 

Im Gegensatz dazu bietet das Laserschneiden eine bessere Materialausnutzung und ermöglicht komplexe Schnitte mit minimaler Schnittbreite. Ausgefeilte Nesting-Software optimiert die Teileplatzierung, reduziert den Ausschuss und maximiert die Materialausbeute. Diese Reduzierung des Materialabfalls führt zu erheblichen langfristigen Kosteneinsparungen.

Arbeitskosten und Automatisierung

Das Scheren erfordert möglicherweise mehr Handarbeit für die Materialhandhabung und Maschinenbedienung, insbesondere in nicht automatisierten Konfigurationen. Automatisierung kann zwar die Arbeitskosten senken, die inhärenten Einschränkungen des Scherens können jedoch den Umfang der Automatisierungsimplementierung einschränken. 

Im Gegensatz dazu eignet sich das Laserschneiden gut für einen höheren Automatisierungsgrad, wodurch die Arbeitskosten gesenkt und die Produktionseffizienz gesteigert wird. CNC-Steuerung und automatisierte Materialhandhabungssysteme minimieren manuelle Eingriffe und tragen so zu langfristigen Kosteneinsparungen und verbesserter Produktivität bei.

Teilekomplexität und Designänderungen

Scheren schränkt die Designflexibilität ein, beschränkt die Fertigung auf einfache, gerade Schnitte und erhöht die Kosten für die Produktion komplexer Teile. Designänderungen erfordern Anpassungen der Werkzeuge, was zu Ausfallzeiten und höheren Kosten führt. 

Laserschneiden hingegen bietet außergewöhnliche Designflexibilität und ermöglicht die Herstellung komplexer Geometrien mit minimalen Werkzeugwechseln. Designänderungen lassen sich problemlos durch Softwareanpassungen umsetzen, was Ausfallzeiten und Kosten reduziert.

Wartung und Ausfallzeiten

Schermaschinen erfordern im Allgemeinen weniger Wartung, zeichnen sich durch einfachere mechanische Komponenten aus und weisen nur minimale Ausfallzeiten auf, die sich hauptsächlich auf das Schärfen oder Ersetzen der Klingen beschränken. 

Laserschneiden erfordert jedoch einen komplexeren Wartungsaufwand, der die Reinigung, Ausrichtung und Wartung der Optik sowie der Laserquelle umfasst. Mögliche Ausfallzeiten für den Austausch der Laserquelle oder die Systemkalibrierung können erheblich sein. Dies unterstreicht die Bedeutung einer vorbeugenden Wartung zur Minimierung von Störungen.

Nachbearbeitungskosten

Bei Schervorgängen ist häufig ein zweites Entgraten oder Schleifen erforderlich, um Grate zu entfernen und die Kantenqualität zu verbessern, wodurch sich die Arbeitskosten und die Produktionszeit erhöhen. 

Beim Laserschneiden hingegen entstehen sauberere Kanten mit minimalen Graten, wodurch die Nachbearbeitung reduziert oder ganz vermieden wird. Diese Reduzierung der Nachbearbeitungskosten trägt zur Gesamteffizienz und zu Kosteneinsparungen bei.

Schlussfolgerung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Wahl zwischen Scheren und Laserschneiden eine strategische Entscheidung ist, die die Produktionseffizienz und Wirtschaftlichkeit erheblich beeinflusst. Scheren ist eine sinnvolle Option für die Großserienfertigung standardisierter Teile. Laserschneiden hingegen eignet sich ideal für komplexe Designs, vielfältige Materialanwendungen und Rapid Prototyping.

Egal, ob Sie sich für Scheren oder Laserschneiden entscheiden, die Wahl des richtigen Herstellers ist entscheidend. Zintilon ist sowohl für Scheren als auch für Laserschneiden in der Blechbearbeitung eine der besten Optionen. Das Unternehmen gewährleistet höchste Präzision und Effizienz in seinen Prozessen.