Τα λέιζερ χρησιμοποιήθηκαν για πρώτη φορά για κοπή στη δεκαετία του 1970. Στη σύγχρονη βιομηχανική παραγωγή, η κοπή με λέιζερ χρησιμοποιείται ευρέως στην επεξεργασία λαμαρίνας, πλαστικού, γυαλιού, κεραμικών, ημιαγωγών, υφασμάτων, ξύλου και χαρτιού.
Τα επόμενα χρόνια, η εφαρμογή της κοπής με λέιζερ στον τομέα της μηχανικής κατεργασίας ακριβείας και της μικροκατεργασίας θα επιτύχει επίσης σημαντική ανάπτυξη.
κοπή με λέιζερ
Όταν μια εστιασμένη δέσμη λέιζερ εκτοξεύεται σε ένα τεμάχιο εργασίας, η ακτινοβολούμενη περιοχή θερμαίνεται δραματικά για να λιώσει ή να εξατμιστεί το υλικό. Μόλις η δέσμη λέιζερ διεισδύσει στο τεμάχιο εργασίας, ξεκινά η διαδικασία κοπής: Η δέσμη λέιζερ κινείται κατά μήκος του περιγράμματος ενώ λιώνει το υλικό. Ένας πίδακας αέρα χρησιμοποιείται συνήθως για να φυσήξει το τήγμα μακριά από την κεφαλή, αφήνοντας ένα στενό κενό μεταξύ του κομμένου τμήματος και της βάσης πλάκας, σχεδόν τόσο πλάτος όσο η εστιασμένη δέσμη λέιζερ.
Κοπή φλόγας
Η κοπή με οξυγόνο είναι μια τυπική διαδικασία για την κοπή μαλακού χάλυβα χρησιμοποιώντας οξυγόνο ως αέριο κοπής. Οξυγόνο υπό πίεση έως και 6 bar διοχετεύεται στην τομή. Εκεί, το θερμαινόμενο μέταλλο αντιδρά με το οξυγόνο: αρχίζει η καύση και η οξείδωση. Η χημική αντίδραση απελευθερώνει μεγάλη ποσότητα ενέργειας (έως και πέντε φορές την ισχύ του λέιζερ) για να βοηθήσει την ακτίνα λέιζερ στην κοπή.
εικόνα
Εικόνα 1 Η δέσμη λέιζερ λιώνει το τεμάχιο εργασίας και το αέριο κοπής διώχνει το λιωμένο υλικό και τη σκωρία στην τομή
Κοπή τήξης
Η κοπή με σύντηξη είναι μια άλλη τυπική διαδικασία που χρησιμοποιείται κατά την κοπή μετάλλου. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την κοπή άλλων εύτηκτων υλικών όπως κεραμικά.
Ως αέριο κοπής χρησιμοποιείται άζωτο ή αργό και το αέριο με πίεση 2-20 bar διοχετεύεται μέσω της τομής. Το αργό και το άζωτο είναι αδρανή αέρια, πράγμα που σημαίνει ότι δεν αντιδρούν με το λιωμένο μέταλλο στην τομή, απλώς φυσώντας το προς τα κάτω. Ταυτόχρονα, το αδρανές αέριο μπορεί να προστατεύσει την κοπτική άκρη από την οξείδωση από τον αέρα.
κοπή πεπιεσμένου αέρα
Ο πεπιεσμένος αέρας μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την κοπή λεπτών φύλλων. Ο αέρας με πίεση σε 5-6 bar είναι αρκετός για να φυσήξει το λιωμένο μέταλλο έξω από την κοπή. Δεδομένου ότι ο αέρας είναι σχεδόν 80 τοις εκατό άζωτο, η κοπή με πεπιεσμένο αέρα είναι βασικά κοπή με σύντηξη.
κοπή με πλάσμα
Εάν οι παράμετροι επιλεγούν σωστά, θα εμφανιστεί ένα σύννεφο πλάσματος στην κοπτική κεφαλή τήξης με τη βοήθεια πλάσματος. Το νέφος πλάσματος αποτελείται από ατμό ιονισμένου μετάλλου και ιονισμένο αέριο κοπής. Το νέφος πλάσματος απορροφά την ενέργεια του λέιζερ CO2 και τη μεταφέρει στο τεμάχιο εργασίας, έτσι ώστε περισσότερη ενέργεια να συνδέεται με το τεμάχιο εργασίας και το υλικό να λιώνει πιο γρήγορα, με αποτέλεσμα μεγαλύτερη ταχύτητα κοπής. Επομένως, αυτή η διαδικασία κοπής ονομάζεται επίσης κοπή πλάσματος υψηλής ταχύτητας.
Τα σύννεφα πλάσματος είναι ουσιαστικά διαφανή σε λέιζερ στερεάς κατάστασης, επομένως μόνο λέιζερ CO2 μπορούν να χρησιμοποιηθούν για κοπή τήξης με τη βοήθεια πλάσματος.
εικόνα
κοπή αεριοποίησης
Η κοπή αεριοποίησης εξατμίζει το υλικό, ελαχιστοποιώντας τη θερμική επίδραση στα γύρω υλικά. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με την εξάτμιση υλικών χαμηλής θερμότητας, υψηλής απορρόφησης, όπως λεπτές πλαστικές μεμβράνες, καθώς και υλικών που δεν λιώνουν, όπως ξύλο, χαρτί, αφρός κ.λπ., χρησιμοποιώντας συνεχή επεξεργασία λέιζερ CO2.
Τα λέιζερ υπερμικρών παλμών επιτρέπουν την εφαρμογή αυτής της τεχνικής σε άλλα υλικά. Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια στο μέταλλο απορροφούν το φως του λέιζερ και θερμαίνονται βίαια. Οι παλμοί λέιζερ δεν αντιδρούν με τα λιωμένα σωματίδια και το πλάσμα και το υλικό εξαχνώνεται άμεσα, χωρίς να δίνεται χρόνος για μεταφορά ενέργειας με τη μορφή θερμότητας στα περιβάλλοντα υλικά. Το Picosecond παλμούς αφαιρεί υλικό χωρίς σημαντικές θερμικές επιδράσεις, τήξη και σχηματισμό γρέζιων.
εικόνα
Εικόνα 3 Κοπή αεριοποίησης: Το λέιζερ εξατμίζει και καίει το υλικό. Η πίεση του ατμού κάνει την εκκένωση της σκωρίας από την τομή
Παράμετροι: Ρύθμιση της διαδικασίας κατεργασίας
Πολλές παράμετροι επηρεάζουν τη διαδικασία κοπής με λέιζερ, μερικές από τις οποίες εξαρτώνται από την τεχνική απόδοση του λέιζερ και της εργαλειομηχανής, ενώ άλλες ποικίλλουν.
βαθμό πόλωσης
Ο βαθμός πόλωσης δείχνει ποιο ποσοστό του φωτός λέιζερ μετατρέπεται. Ένας τυπικός βαθμός πόλωσης είναι περίπου 90 τοις εκατό. Αυτό είναι περισσότερο από αρκετό για μια κοπή υψηλής ποιότητας.
εστιακή διάμετρος
Η εστιακή διάμετρος επηρεάζει το πλάτος της βάσης και η εστιακή διάμετρος μπορεί να αλλάξει αλλάζοντας την εστιακή απόσταση του καθρέφτη εστίασης. Μικρότερη εστιακή διάμετρος σημαίνει στενότερη τομή.
θέση εστίασης
Η θέση εστίασης καθορίζει τη διάμετρο της δοκού και την πυκνότητα ισχύος στην επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας καθώς και το σχήμα της τομής.
εικόνα
Εικόνα 4 Θέση εστίασης: μέσα στο τεμάχιο εργασίας, στην επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας και πάνω από το τεμάχιο εργασίας
ισχύς λέιζερ
Η ισχύς του λέιζερ πρέπει να ταιριάζει με τον τύπο επεξεργασίας, τον τύπο του υλικού και το πάχος. Η ισχύς πρέπει να είναι αρκετά υψηλή ώστε η πυκνότητα ισχύος στο τεμάχιο εργασίας να υπερβαίνει το κατώφλι κατεργασίας.
εικόνα
Εικόνα 5 Η υψηλότερη ισχύς λέιζερ μπορεί να κόψει παχύτερα υλικά
Τρόπος λειτουργίας
Η συνεχής λειτουργία χρησιμοποιείται κυρίως για την κοπή τυπικών προφίλ μετάλλων και πλαστικών σε μεγέθη χιλιοστών έως εκατοστών. Για τη τήξη των διατρήσεων ή τη δημιουργία ακριβών περιγραμμάτων, χρησιμοποιούνται παλμικά λέιζερ χαμηλής συχνότητας.
ταχύτητα κοπής
Η ισχύς λέιζερ και η ταχύτητα κοπής πρέπει να ταιριάζουν μεταξύ τους. Οι ταχύτητες κοπής που είναι πολύ γρήγορες ή πολύ αργές θα έχουν ως αποτέλεσμα αυξημένη τραχύτητα και σχηματισμό γρεζιών.
εικόνα
Εικόνα 6 Η ταχύτητα κοπής μειώνεται όσο αυξάνεται το πάχος του φύλλου
Διάμετρος ακροφυσίου
Η διάμετρος του ακροφυσίου καθορίζει τον ρυθμό ροής και το σχήμα της ροής αερίου από το ακροφύσιο. Όσο πιο παχύ είναι το υλικό, τόσο μεγαλύτερη είναι η διάμετρος του πίδακα αερίου και, κατά συνέπεια, η διάμετρος του ανοίγματος του ακροφυσίου.
Καθαρότητα αερίου και βαρομετρική πίεση
Το οξυγόνο και το άζωτο χρησιμοποιούνται συχνά ως αέρια κοπής. Η καθαρότητα και η πίεση του αερίου επηρεάζουν το αποτέλεσμα κοπής.
Κατά την κοπή με οξυ-καύσιμο, απαιτείται καθαρότητα αερίου 99,95 τοις εκατό. Όσο πιο παχιά είναι η χαλύβδινη πλάκα, τόσο χαμηλότερη είναι η πίεση του αερίου που χρησιμοποιείται.
Η κοπή με σύντηξη με άζωτο απαιτεί καθαρότητα αερίου 99,995 τοις εκατό (ιδανικά 99,999 τοις εκατό) και απαιτούνται υψηλότερες πιέσεις αερίου για την κοπή με σύντηξη παχύτερων χαλύβδινων πλακών.
Φύλλο τεχνικών δεδομένων
Στις πρώτες μέρες της κοπής με λέιζερ, οι χρήστες έπρεπε να αποφασίσουν μόνοι τους τη ρύθμιση των παραμέτρων επεξεργασίας μέσω δοκιμαστικής λειτουργίας. Οι καθιερωμένες παράμετροι επεξεργασίας αποθηκεύονται τώρα στη μονάδα ελέγχου του συστήματος κοπής. Για κάθε τύπο υλικού και πάχος υπάρχουν αντίστοιχα δεδομένα. Το φύλλο τεχνικών δεδομένων επιτρέπει την ομαλή λειτουργία του εξοπλισμού κοπής με λέιζερ ακόμη και για όσους δεν είναι εξοικειωμένοι με αυτήν την τεχνολογία.
Παράγοντες αξιολόγησης ποιότητας κοπής με λέιζερ
Υπάρχουν πολλά κριτήρια για να κρίνουμε την ποιότητα μιας κομμένης άκρης με λέιζερ. Πρότυπα όπως η μορφή γρέζιου, η κατάθλιψη και η υφή μπορούν να κριθούν με γυμνό μάτι. Η κατακόρυφη, η τραχύτητα και το πλάτος της τομής κ.λπ. πρέπει να μετρώνται με ειδικά όργανα. Η εναπόθεση υλικού, η διάβρωση, η ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα και η παραμόρφωση είναι επίσης σημαντικοί παράγοντες για τη μέτρηση της ποιότητας της κοπής με λέιζερ.
