Schnittbreite beim Laserschneiden: Fuge messen, Versatz und Passung

Thema: Laserschneiden & Lasergravur

Ein Quadrat, das in der Zeichnung 20 mm misst, kommt vom Laser beispielsweise mit 19,8 mm heraus, das Loch daneben mit 20,2 mm. Das ist meist weder ein Fehler der Achsen noch der Datei. Der Strahl folgt der gezeichneten Linie mit seiner Mitte und trägt nach beiden Seiten Werkstoff ab. Bei Steckverbindungen entsteht so zwischen Zapfen und Schlitz die doppelte Schnittbreite als Spiel.

Was die Schnittbreite beschreibt

Beim Laserschneiden schmilzt, verbrennt oder verdampft der fokussierte Strahl den Werkstoff entlang der Bahn. Die zurückbleibende Fuge heißt englisch „kerf“, ihre Breite Schnittbreite oder Fugenbreite. Laut TRUMPF ist die Fuge kaum breiter als der fokussierte Strahl, dessen Durchmesser oft unter einem halben Millimeter liegt. Für die Maße zählt die Lage der Fuge: Eine Hälfte geht auf Kosten des Teils, die andere auf Kosten des Restgitters.

Gravur und Markierung lösen kein Teil heraus; dort zählt die Linienbreite. Die Abgrenzung der Verfahren ordnet der Beitrag zur Laserbearbeitung mit Schneiden, Gravieren und Markieren ein.

Wovon die Breite der Schnittfuge abhängt

TRUMPF nennt den Fokusdurchmesser als die Größe, die Spaltbreite und Fugenform bestimmt; die Fokuslage beeinflusst Bestrahlungsstärke und Fugenform. Thunder Laser führt zusätzlich die Brennweite der Linse und den Druck der Druckluft an. Wie Optik, Düse und Abstand zum Werkstück zusammenwirken, beschreibt der Beitrag zum Laserkopf und seiner Fokussierung.

In einer Studie an 5 mm dickem Buchen-, Eichen- und Fichtenholz wurde die Fuge mit steigender Leistung breiter und mit steigender Schnittgeschwindigkeit schmaler. An der Oberseite lagen die Mittelwerte bei etwa 0,42 mm für Buche und 0,50 mm für Fichte. Auch die Plattendicke wirkt, weil Leistung und Geschwindigkeit an sie angepasst werden. Bei Gasunterstützung treibt der Gasstrahl die Schmelze aus der Fuge; Gasart und Druck behandelt der Beitrag zum Assistenzgas beim Laserschneiden.

Über die Dicke ist die Fuge selten parallel: An 8 mm dicker Fichte mit dem Fokus in halber Plattendicke war sie oben breiter als unten. Ein Messwert an der Oberseite beschreibt deshalb nicht zwingend die Passung über die ganze Dicke.

Schnittbreite messen und den Versatz einstellen

Gemessen wird an einem Testschnitt im späteren Material mit den späteren Parametern, etwa an einem Quadrat bekannter Größe, das ohne Versatz ausgeschnitten wird. Das Teil ist um eine ganze Schnittbreite kleiner als gezeichnet, das Loch um eine ganze Schnittbreite größer, denn an jeder der beiden gegenüberliegenden Kanten liegt eine halbe Fuge. LightBurn bietet alternativ einen Test mit Noniusskala.

Zum Ausgleich wird die Bahn der Strahlmitte um die halbe Schnittbreite verschoben, wie es Thunder Laser beschreibt. Die Richtung folgt aus der Geometrie: Außenkonturen nach außen, Löcher nach innen. In LightBurn heißt die Einstellung „Kerf Offset“: Positive Werte verschieben geschlossene Formen nach außen, innenliegende Formen derselben Ebene erhalten die Gegenrichtung, und die Zeichnung bleibt unverändert. Beim Fräsen entspricht das der Mittelpunktbahn mit Radiuskorrektur, wie sie der Beitrag zu Werkzeugwegen, Kontur und Mittelpunktbahn erklärt.

Wie beim Fräser erhalten Innenecken einen Radius von etwa der halben Schnittbreite, bei 0,20 mm Fuge also rund 0,1 mm. Außenecken bleiben scharf, wenn die versetzte Bahn die Ecke im Bogen umfährt.

Eigenes Rechenbeispiel: Zapfen und Schlitz mit 0,20 mm Fuge

Wir nehmen 3 mm Sperrholz und das Testquadrat aus der Grafik an: Teil 19,80 mm, Loch 20,20 mm, also b = 0,20 mm und v = b/2 = 0,10 mm. Ein Zapfen mit 20 mm Nennbreite soll in einen 20 mm langen Schlitz einer zweiten Platte greifen. Mit dem Versatz v misst der Zapfen 20 mm − b + 2v, der Schlitz 20 mm + b − 2v; das Spiel ist die Differenz 2b − 4v.

Ohne Ausgleich hat die Verbindung 0,40 mm Spiel, die doppelte Schnittbreite. Mit genau b/2 stimmen beide Maße rechnerisch mit der Zeichnung überein; ob die Verbindung klemmt oder gleitet, hängt zusätzlich von Holzfeuchte, Plattendicke und Fugenform ab. Für 0,10 mm Spiel genügt ein Versatz von 0,075 mm. Wird die ganze Schnittbreite eingetragen, entstehen 0,40 mm Übermaß, und der Zapfen passt nicht.

Typische Fehler und Grenzen der Kompensation

Die Schnittbreite ist kein fester Maschinenwert, sondern gilt für eine Kombination aus Material, Dicke, Leistung, Geschwindigkeit, Fokuslage und Gas. Ändert sich einer dieser Punkte, ist ein neuer Testschnitt fällig. Laut LightBurn kann ein Diodenlaser mit rechteckigem Strahlfleck in X und Y unterschiedlich breite Fugen schneiden; Thunder Laser nennt auch Unterschiede zwischen geraden und gebogenen Schnitten.

Häufig ist die doppelte Kompensation: Die Kontur wurde schon im CAD versetzt, und die Lasersoftware versetzt sie noch einmal. Ebenso falsch ist ein Versatz um die ganze Schnittbreite. LightBurn warnt vor Überkompensation und rät, die versetzten Bahnen in der Vorschau zu prüfen, weil Teile wachsen und eng gesetzte Konturen sich überschneiden können. Offene Linien wie Ritz- oder Gravurlinien werden nicht versetzt.

Ist die Fuge oben breiter als unten, sitzt eine Steckverbindung auf einer Seite stramm und auf der anderen locker; ein Versatz in der Ebene gleicht das nicht aus. Zudem stammt nicht jede Maßabweichung aus der Fuge: Verzogene Platten verschieben die Fokuslage, schwankende Plattendicke verändert die Passung quer zur Ebene. Wie sich Ursachen trennen lassen, beschreibt der Beitrag zur Maßhaltigkeit bei CNC-Teilen.

Prüfliste für maßhaltige Laserteile

• Testschnitt im Originalmaterial mit Originalparametern, je Material, Dicke und Parametersatz.
• Teil und Loch messen; beide sollten dieselbe Schnittbreite ergeben.
• Bei dicken Platten Ober- und Unterseite getrennt messen.
• Versatz b/2 an genau einer Stelle eintragen, im CAD oder in der Lasersoftware.
• Richtung prüfen: Außenkonturen nach außen, Löcher nach innen.
• Spiel oder Übermaß über den Versatz festlegen, nicht über die Zeichnung.
• Versetzte Bahnen und Teileabstände in der Vorschau kontrollieren.