Podstawowa wiedza na temat cięcia laserowego

Już w latach 70. XX wieku lasery zaczęto stosować do cięcia. W nowoczesnej produkcji przemysłowej cięcie laserowe jest szerzej stosowane w obróbce blachy, plastiku, szkła, ceramiki, półprzewodników, tekstyliów, drewna i materiałów papierniczych.

Cięcie laserowe

Gdy skupiona wiązka lasera pada na obrabiany przedmiot, oświetlony obszar mocno się nagrzewa, aby stopić lub odparować materiał. Gdy wiązka lasera przeniknie do obrabianego przedmiotu, rozpoczyna się proces cięcia: wiązka lasera porusza się wzdłuż konturów, jednocześnie topiąc materiał. Strumień strumieniowy jest zwykle używany do wydmuchiwania stopu z cięcia, pozostawiając wąską szczelinę, niemal tak szeroką jak skupiona wiązka lasera, między przecinanym fragmentem a ramą.

Cięcie płomieniowe

Cięcie płomieniowe to standardowy proces cięcia stali niskowęglowej, w którym jako gaz tnący stosuje się tlen. Tlen jest poddawany ciśnieniu do 6 barów i wdmuchiwany do nacięcia. Tam rozgrzany metal reaguje z tlenem: zaczyna się palić i utleniać. Reakcja chemiczna uwalnia dużą ilość energii (do pięciu razy większą niż energia lasera), aby wspomóc wiązkę lasera w cięciu.

Cięcie fuzyjne

Cięcie przez topienie to kolejny standardowy proces stosowany podczas cięcia metalu. Może być również stosowany do cięcia innych materiałów topliwych, takich jak ceramika.

Jako gaz tnący stosuje się azot lub argon, a ciśnienie gazu od 2 do 20 barów jest wdmuchiwane przez nacięcie. Argon i azot są gazami obojętnymi, co oznacza, że ​​nie reagują z roztopionym metalem w miejscu cięcia, po prostu wydmuchując go w dół. Jednocześnie gaz obojętny może chronić krawędź tnącą przed utlenianiem w powietrzu.

Cięcie sprężonym powietrzem

Sprężone powietrze może być również używane do cięcia blachy. Sprężone powietrze do 5 do 6 barów jest wystarczające, aby zdmuchnąć stopiony metal w nacięciu. Ponieważ prawie 80% powietrza to azot, cięcie sprężonym powietrzem jest zasadniczo cięciem topiącym.

Cięcie wspomagane plazmą

Jeśli parametry zostaną wybrane prawidłowo, chmury plazmy pojawią się w nacięciu cięcia topiącego wspomaganego plazmą. Chmura plazmy składa się z zjonizowanej pary metalu i zjonizowanego gazu tnącego. Chmura plazmy pochłania energię lasera CO2 i przekształca ją w przedmiot obrabiany, umożliwiając sprzężenie większej ilości energii z przedmiotem obrabianym i szybsze stopienie materiału, co skutkuje szybszym cięciem. Dlatego ten proces cięcia nazywany jest również cięciem plazmowym o dużej prędkości.

Chmury plazmowe są w rzeczywistości przezroczyste w porównaniu do laserów stałych, dlatego cięcie metodą topienia wspomagane plazmą może być wykonywane wyłącznie przy użyciu laserów CO2.

Cięcie gazyfikacyjne

Cięcie gazyfikacyjne odparowuje materiał i minimalizuje efekt cieplny na otaczający materiał. Można to osiągnąć, stosując ciągłe lasery CO2 do obróbki materiałów o niskim parowaniu ciepła i wysokiej absorpcji, takich jak cienkie folie plastikowe i materiały nietopliwe, takie jak drewno, papier i pianka.

Ultrakrótkie lasery impulsowe pozwalają na zastosowanie tej techniki do innych materiałów. Wolne elektrony w metalu pochłaniają laser i gwałtownie się nagrzewają. Impulsy laserowe nie reagują z roztopionymi cząsteczkami i plazmą, a materiał sublimuje bezpośrednio, nie pozostawiając czasu na przekazanie energii w postaci ciepła do otaczającego materiału. Nie ma wyraźnego efektu termicznego, gdy pikosekundowy impuls ablacji materiału, nie ma topnienia i tworzenia się zadziorów.

Parametry: Dostosuj proces

Na proces cięcia laserowego wpływa wiele parametrów. Część z nich zależy od parametrów technicznych lasera i obrabiarki, inne zaś są zmienne.

Stopień polaryzacji

Stopień polaryzacji wskazuje, jaki procent światła laserowego został przekształcony. Typowy stopień polaryzacji wynosi około 90%. Jest to wystarczające do wysokiej jakości cięcia.

Średnica ogniskowa

Średnica ogniskowa wpływa na szerokość nacięcia i może być zmieniona poprzez zmianę ogniskowej lustra skupiającego. Mniejsza średnica ogniskowa oznacza węższe nacięcie.

Pozycja ostrości

Położenie ogniska decyduje o średnicy wiązki i gęstości mocy na powierzchni przedmiotu obrabianego, a także o kształcie nacięcia.

Moc lasera

Moc lasera powinna być dopasowana do rodzaju obróbki, rodzaju materiału i grubości. Moc musi być wystarczająco wysoka, aby gęstość mocy na obrabianym przedmiocie przekraczała próg obróbki.

Tryb pracy

Tryb ciągły jest używany głównie do cięcia standardowych profili obrabianych materiałów w rozmiarach od milimetra do centymetra. Aby stopić perforację lub wytworzyć precyzyjny profil, stosuje się laser impulsowy o niskiej częstotliwości.

Prędkość cięcia

Moc lasera i prędkość cięcia muszą do siebie pasować. Cięcie zbyt szybkie lub zbyt wolne spowoduje zwiększoną szorstkość i powstawanie zadziorów.

Średnica dyszy

Średnica dyszy określa natężenie przepływu i kształt gazu wypływającego z dyszy. Im grubszy materiał, tym większa średnica strumienia gazu, a co za tym idzie, należy również zwiększyć średnicę otworu dyszy.

Czystość i ciśnienie gazu

Tlen i azot są często używane jako gazy tnące. Czystość i ciśnienie gazu wpływają na efekt cięcia.

W przypadku cięcia płomieniowego tlenem czystość gazu musi wynosić 99,95%. Im grubsza blacha stalowa, tym niższe jest ciśnienie gazu.

W przypadku cięcia strumieniem azotu czystość gazu musi osiągnąć 99,995% (idealnie 99,999%), a przy topieniu i cięciu grubych blach stalowych wymagane jest wyższe ciśnienie powietrza.

Lista parametrów technicznych

Na wczesnym etapie cięcia laserowego użytkownicy muszą sami określić ustawienia parametrów obróbki poprzez przebiegi testowe. Dojrzałe parametry obróbki są teraz przechowywane w jednostce sterującej systemu cięcia. Dla każdego rodzaju i grubości materiału istnieją odpowiednie dane. Karta danych technicznych umożliwia płynną obsługę sprzętu do cięcia laserowego nawet osobom, które nie są zaznajomione z tą technologią.

Czynniki oceny jakości cięcia laserowego

Istnieje wiele kryteriów określania jakości krawędzi ciętych laserowo. Kryteria takie jak forma zadziorów, zagłębienie, ziarno można ocenić gołym okiem; Prostopadłość, chropowatość i szerokość nacięcia są mierzone za pomocą specjalnych przyrządów. Osadzanie się materiału, korozja, obszary poddane wpływowi ciepła i odkształcenia są również ważnymi czynnikami w pomiarze jakości cięcia laserowego.

Szeroka perspektywa

Ciągły sukces cięcia laserowego jest trudny do osiągnięcia przy użyciu większości innych metod przetwarzania. Ten trend utrzymuje się do dziś. W przyszłości perspektywa zastosowania cięcia laserowego będzie coraz szersza.