Lasery zostały po raz pierwszy użyte do cięcia w latach 70. W nowoczesnej produkcji przemysłowej cięcie laserowe znajduje szerokie zastosowanie w obróbce blach, tworzyw sztucznych, szkła, ceramiki, półprzewodników, tekstyliów, drewna i papieru.
W najbliższych latach znaczny wzrost odnotuje również zastosowanie cięcia laserowego w dziedzinie obróbki precyzyjnej i mikroobróbki.
cięcie laserowe
Gdy skupiona wiązka lasera pada na przedmiot obrabiany, napromieniowany obszar gwałtownie się nagrzewa, powodując stopienie lub odparowanie materiału. Gdy tylko promień lasera wniknie w obrabiany przedmiot, rozpoczyna się proces cięcia: Promień lasera porusza się wzdłuż konturu, topiąc materiał. Strumień powietrza jest zwykle używany do zdmuchnięcia roztopionego materiału z rzazu, pozostawiając wąską szczelinę między ciętą częścią a uchwytem płyty, prawie tak szeroką, jak skupiona wiązka lasera.
Cięcie gazowe
Cięcie tlenowe to standardowy proces cięcia stali miękkiej z użyciem tlenu jako gazu tnącego. Do nacięcia wdmuchiwany jest tlen pod ciśnieniem do 6 barów. Tam rozgrzany metal reaguje z tlenem: rozpoczyna się spalanie i utlenianie. Reakcja chemiczna uwalnia dużą ilość energii (do pięciu razy większą niż moc lasera), aby pomóc wiązce laserowej w cięciu.
zdjęcie
Rysunek 1 Wiązka laserowa topi przedmiot obrabiany, a gaz tnący wydmuchuje stopiony materiał i żużel w nacięciu
Cięcie w stanie stopionym
Cięcie stapiane to kolejny standardowy proces stosowany przy cięciu metalu. Może być również używany do cięcia innych topliwych materiałów, takich jak ceramika.
Jako gaz tnący stosuje się azot lub argon, a gaz o ciśnieniu 2-20 bar jest wdmuchiwany przez nacięcie. Argon i azot są gazami obojętnymi, co oznacza, że nie reagują z roztopionym metalem w nacięciu, tylko wydmuchują go w kierunku dna. Jednocześnie gaz obojętny może chronić krawędź tnącą przed utlenianiem przez powietrze.
cięcie sprężonym powietrzem
Sprężone powietrze może być również używane do cięcia cienkich arkuszy. Powietrze pod ciśnieniem 5-6 barów wystarczy do wydmuchania stopionego metalu z miejsca cięcia. Ponieważ powietrze składa się prawie w 80 procentach z azotu, cięcie sprężonym powietrzem jest zasadniczo cięciem termojądrowym.
cięcie wspomagane plazmą
Jeśli parametry zostaną dobrane prawidłowo, w szczelinie cięcia topiącego wspomaganego plazmą pojawi się chmura plazmy. Chmura plazmy składa się z oparów zjonizowanego metalu i zjonizowanego gazu tnącego. Chmura plazmy pochłania energię lasera CO2 i przenosi ją do przedmiotu obrabianego, dzięki czemu więcej energii jest przekazywane do przedmiotu obrabianego, a materiał topi się szybciej, co skutkuje większą prędkością cięcia. Dlatego ten proces cięcia jest również nazywany szybkim cięciem plazmowym.
Chmury plazmy są praktycznie przezroczyste dla laserów na ciele stałym, więc do cięcia wspomaganego plazmą topienia można używać tylko laserów CO2.
zdjęcie
cięcie gazyfikacyjne
Cięcie gazyfikacyjne odparowuje materiał, minimalizując efekt termiczny na otaczające materiały. Można to osiągnąć poprzez odparowanie materiałów o niskiej temperaturze, o wysokiej absorpcji, takich jak cienkie folie z tworzyw sztucznych, a także materiałów nietopliwych, takich jak drewno, papier, pianka itp., przy użyciu ciągłego przetwarzania laserowego CO2.
Lasery ultrakrótkoimpulsowe umożliwiają zastosowanie tej techniki do innych materiałów. Swobodne elektrony w metalu pochłaniają światło lasera i gwałtownie się nagrzewają. Impulsy laserowe nie wchodzą w reakcje ze stopionymi cząstkami i plazmą, a materiał sublimuje bezpośrednio, nie dając czasu na przekazanie energii w postaci ciepła do otaczających materiałów. Impulsy pikosekundowe usuwają materiał bez znaczących efektów termicznych, topnienia i powstawania zadziorów.
zdjęcie
Rysunek 3 Cięcie gazyfikacyjne: Laser odparowuje i spala materiał. Ciśnienie pary powoduje wydostawanie się żużla z nacięcia
Parametry: Regulacja procesu obróbki
Na proces cięcia laserowego wpływa wiele parametrów, z których niektóre zależą od parametrów technicznych lasera i obrabiarki, podczas gdy inne są różne.
stopień polaryzacji
Stopień polaryzacji wskazuje, jaki procent światła lasera jest przetwarzany. Typowy stopień polaryzacji wynosi około 90 procent. To więcej niż wystarcza do uzyskania wysokiej jakości cięcia.
średnica ogniskowa
Średnica ogniskowej wpływa na szerokość rzazu, a średnicę ogniskowej można zmienić, zmieniając ogniskową zwierciadła ogniskującego. Mniejsza średnica ogniska oznacza węższe nacięcie.
położenie ostrości
Położenie ogniska określa średnicę wiązki i gęstość mocy na powierzchni przedmiotu obrabianego, a także kształt nacięcia.
zdjęcie
Rysunek 4 Pozycja ostrości: wewnątrz przedmiotu obrabianego, na powierzchni przedmiotu obrabianego i nad przedmiotem obrabianym
moc lasera
Moc lasera powinna być dostosowana do rodzaju obróbki, rodzaju i grubości materiału. Moc musi być na tyle duża, aby gęstość mocy na obrabianym przedmiocie przekroczyła próg obróbki.
zdjęcie
Rysunek 5 Większa moc lasera umożliwia cięcie grubszych materiałów
Tryb pracy
Tryb ciągły jest używany głównie do cięcia standardowych profili z metalu i tworzyw sztucznych w rozmiarach od milimetra do centymetra. Do topienia perforacji lub tworzenia precyzyjnych konturów stosuje się lasery pulsacyjne o niskiej częstotliwości.
prędkość cięcia
Moc lasera i prędkość cięcia muszą do siebie pasować. Prędkości skrawania, które są zbyt duże lub zbyt wolne, spowodują zwiększoną chropowatość i tworzenie się zadziorów.
zdjęcie
Rysunek 6 Szybkość cięcia maleje wraz ze wzrostem grubości blachy
Średnica dyszy
Średnica dyszy określa prędkość przepływu i kształt strumienia gazu z dyszy. Im grubszy materiał, tym większa średnica strumienia gazu i odpowiednio średnica otworu dyszy.
Czystość gazu i ciśnienie barometryczne
Tlen i azot są często używane jako gazy tnące. Czystość i ciśnienie gazu wpływają na efekt cięcia.
Podczas cięcia tlenowo-paliwowego wymagana jest czystość gazu 99,95 procent. Im grubsza blacha stalowa, tym niższe ciśnienie gazu.
Cięcie termojądrowe azotem wymaga gazu o czystości 99,995 procent (idealnie 99,999 procent), a do cięcia grubszych blach stalowych wymagane jest wyższe ciśnienie gazu.
Karta danych technicznych
We wczesnych latach cięcia laserowego użytkownicy musieli samodzielnie decydować o ustawieniach parametrów obróbki poprzez operację próbną. Dobrze ustalone parametry obróbki są teraz przechowywane w jednostce sterującej systemu tnącego. Dla każdego rodzaju i grubości materiału dostępne są odpowiednie dane. Karta techniczna umożliwia bezproblemową pracę urządzeń do cięcia laserowego nawet osobom nieobeznanym z tą technologią.
Czynniki oceny jakości cięcia laserowego
Istnieje wiele kryteriów oceny jakości krawędzi ciętej laserowo. Standardy, takie jak kształt zadziorów, zagłębienie i tekstura, można ocenić gołym okiem; pionowość, chropowatość i szerokość nacięcia itp. należy mierzyć za pomocą specjalnych przyrządów. Osadzanie się materiału, korozja, strefa wpływu ciepła i odkształcenia są również ważnymi czynnikami do pomiaru jakości cięcia laserowego.
