Μερικές βασικές γνώσεις κοπής με λέιζερ

Ήδη από τη δεκαετία του 1970, τα λέιζερ χρησιμοποιήθηκαν για πρώτη φορά για κοπή. Στη σύγχρονη βιομηχανική παραγωγή, η κοπή με λέιζερ χρησιμοποιείται ευρύτερα στην επεξεργασία λαμαρίνας, πλαστικού, γυαλιού, κεραμικών, ημιαγωγών, υφασμάτων, υλικών ξύλου και χαρτιού.

Κοπή με λέιζερ

Όταν η εστιασμένη δέσμη λέιζερ λάμπει στο τεμάχιο εργασίας, η φωτισμένη περιοχή θα θερμανθεί απότομα 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 των περιγραμμάτων ενώ λιώνει το υλικό. Ένα ρεύμα πίδακα χρησιμοποιείται συνήθως για να φυσήξει το τήγμα μακριά από την τομή, αφήνοντας ένα στενό κενό σχεδόν τόσο πλάτος όσο η εστιασμένη δέσμη λέιζερ μεταξύ του κομμένου τμήματος και του πλαισίου.

Κοπή φλόγας

Η κοπή με φλόγα είναι μια τυπική διαδικασία για την κοπή χάλυβα χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα, χρησιμοποιώντας οξυγόνο ως αέριο κοπής. Το οξυγόνο υπόκειται σε πίεση έως και 6 bar και φυσάται στην τομή. Εκεί, το θερμαινόμενο μέταλλο αντιδρά με το οξυγόνο: αρχίζει να καίγεται και να οξειδώνεται. Η χημική αντίδραση απελευθερώνει μεγάλη ποσότητα ενέργειας (έως και πέντε φορές την ενέργεια του λέιζερ) για να βοηθήσει την ακτίνα λέιζερ στην κοπή.

Κοπή σύντηξης

Η κοπή τήξης 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 αέριο αργό και η πίεση αερίου από 2 έως 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 κοπή, απλώς φυσώντας το προς τα κάτω. Ταυτόχρονα, το αδρανές αέριο μπορεί να προστατεύσει την κοπτική άκρη από την οξείδωση του αέρα.

Κοπή πεπιεσμένου αέρα

Ο πεπιεσμένος αέρας μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την κοπή λαμαρίνας. Η πίεση αέρα στα 5 έως 6 bar είναι αρκετή για να φυσήξει το λιωμένο μέταλλο στην τομή. Δεδομένου ότι σχεδόν το 80% του αέρα είναι άζωτο, η κοπή με πεπιεσμένο αέρα είναι βασικά κοπή με τήξη.

Κοπή με υποβοήθηση πλάσματος

Εάν οι παράμετροι επιλεγούν σωστά, θα εμφανιστούν σύννεφα πλάσματος στην τομή κοπής με τήξη 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 μετατρέπει στο τεμάχιο εργασίας, επιτρέποντας τη σύζευξη περισσότερης ενέργειας με το τεμάχιο εργασίας και το υλικό να λιώσει πιο γρήγορα, με αποτέλεσμα την ταχύτερη κοπή. Επομένως, αυτή η διαδικασία κοπής ονομάζεται επίσης κοπή πλάσματος υψηλής ταχύτητας.

Τα σύννεφα πλάσματος είναι στην πραγματικότητα διαφανή σε σχέση με τα στερεά λέιζερ, επομένως η κοπή τήξης με τη βοήθεια πλάσματος μπορεί να γίνει μόνο με λέιζερ CO2.

Κοπή αεριοποίησης

Η κοπή αεριοποίησης εξατμίζει το υλικό και ελαχιστοποιεί τη θερμική επίδραση στο περιβάλλον υλικό. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με τη χρήση συνεχών λέιζερ CO2 για την επεξεργασία υλικών με χαμηλή εξάτμιση θερμότητας και υψηλή απορρόφηση, όπως λεπτές πλαστικές μεμβράνες και υλικά που δεν λιώνουν, όπως ξύλο, χαρτί και αφρός.

Τα υπερσύντομα παλμικά λέιζερ επιτρέπουν την εφαρμογή της τεχνικής σε άλλα υλικά. Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια στο μέταλλο απορροφούν το λέιζερ και θερμαίνονται βίαια. Οι παλμοί λέιζερ δεν αντιδρούν με τα τηγμένα σωματίδια και το πλάσμα και το υλικό εξαχνώνεται άμεσα, χωρίς να αφήνει χρόνο για μεταφορά ενέργειας με τη μορφή θερμότητας στο περιβάλλον υλικό. Δεν υπάρχει εμφανές θερμικό αποτέλεσμα όταν ο παλμός του picosecon καταστρέφει το υλικό, δεν υπάρχει τήξη και σχηματισμός γρέζιων.

Παράμετροι: Προσαρμόστε τη διαδικασία

Πολλές παράμετροι επηρεάζουν τη διαδικασία κοπής με λέιζερ, μερικές από τις οποίες εξαρτώνται από την τεχνική απόδοση του λέιζερ και της εργαλειομηχανής, ενώ άλλες είναι μεταβλητές.

Βαθμός πόλωσης

Ο βαθμός πόλωσης δείχνει ποιο ποσοστό του φωτός λέιζερ έχει μετατραπεί. Ο τυπικός βαθμός πόλωσης είναι περίπου 90%. Αυτό είναι αρκετό για κοπή υψηλής ποιότητας.

Εστιακή διάμετρος

Η εστιακή διάμετρος επηρεάζει το πλάτος της τομής και 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 δέσμης και την πυκνότητα ισχύος στην επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας καθώς και το σχήμα της τομής.

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.

Λειτουργία λειτουργίας

Η συνεχής λειτουργία χρησιμοποιείται κυρίως για την κοπή τυπικών προφίλ επεξεργασμένων υλικών σε μεγέθη χιλιοστών έως εκατοστών. Για να λιώσει η διάτρηση ή να δημιουργηθεί ένα ακριβές προφίλ, χρησιμοποιείται παλμικό λέιζερ χαμηλής συχνότητας.

Ταχύτητα κοπής

Η ισχύς λέιζερ και η ταχύτητα κοπής πρέπει να ταιριάζουν μεταξύ τους. Το πολύ γρήγορο ή πολύ αργό κόψιμο θα έχει ως αποτέλεσμα αυξημένη τραχύτητα και σχηματισμό γρεζιών.

Διάμετρος ακροφυσίου

Η διάμετρος του ακροφυσίου καθορίζει τον ρυθμό ροής και το σχήμα του αερίου που ρέει έξω από το ακροφύσιο. Όσο πιο παχύ είναι το υλικό, τόσο μεγαλύτερη είναι η διάμετρος του πίδακα αερίου και, αντίστοιχα, θα πρέπει να αυξηθεί και η διάμετρος του ανοίγματος του ακροφυσίου.

Καθαρότητα και πίεση αερίου

Το οξυγόνο και το άζωτο χρησιμοποιούνται συχνά ως αέρια κοπής. Η καθαρότητα και η πίεση του αερίου επηρεάζουν το αποτέλεσμα κοπής.

Όταν χρησιμοποιείται κοπή με φλόγα οξυγόνου, η καθαρότητα του αερίου πρέπει να φτάσει το 99,95%. Όσο πιο παχιά είναι η χαλύβδινη πλάκα, τόσο χαμηλότερη είναι η πίεση του αερίου που χρησιμοποιείται.

Κατά τη χρήση κοπής τήγματος αζώτου, η καθαρότητα του αερίου πρέπει να φτάσει το 99,995% (ιδανικά 99,999%) και απαιτείται υψηλότερη πίεση αέρα κατά την τήξη και την κοπή παχύρρευστων χαλύβδινων πλακών.

Λίστα τεχνικών παραμέτρων

Στο πρώιμο στάδιο της κοπής με λέιζερ, οι χρήστες πρέπει να καθορίσουν μόνοι τους τη ρύθμιση των παραμέτρων επεξεργασίας μέσω δοκιμαστικών δοκιμών. Οι ώριμες παράμετροι μηχανικής κατεργασίας αποθηκεύονται τώρα στη μονάδα ελέγχου του συστήματος κοπής. Για κάθε τύπο υλικού και πάχος υπάρχουν αντίστοιχα δεδομένα. Το φύλλο τεχνικών δεδομένων καθιστά δυνατή την ομαλή λειτουργία του εξοπλισμού κοπής λέιζερ ακόμη και για άτομα που δεν είναι εξοικειωμένα με αυτήν την τεχνολογία.

Παράγοντες αξιολόγησης ποιότητας κοπής με λέιζερ

Υπάρχουν πολλά κριτήρια για τον προσδιορισμό της ποιότητας των κομμένων άκρων με λέιζερ. Κριτήρια όπως η μορφή γρέζιου, η κατάθλιψη, το σιτάρι μπορούν να κριθούν με γυμνό μάτι. Η καθετότητα, η τραχύτητα και το πλάτος της τομής μετρώνται με ειδικά όργανα. Η εναπόθεση υλικού, η διάβρωση, οι περιοχές που επηρεάζονται από τη θερμότητα και η παραμόρφωση είναι επίσης σημαντικοί παράγοντες για τη μέτρηση της ποιότητας της κοπής με λέιζερ.

Ευρεία προοπτική

Η συνεχής επιτυχία της κοπής με λέιζερ είναι δύσκολο να επιτευχθεί με τις περισσότερες άλλες μεθόδους επεξεργασίας. Αυτή η τάση συνεχίζεται και σήμερα. Στο μέλλον, η προοπτική εφαρμογής της κοπής με λέιζερ θα είναι όλο και πιο ευρεία.