Лазери вперше почали використовувати для різання ще в 1970-х роках. У сучасному промисловому виробництві лазерне різання широко використовується при обробці листового металу, пластику, скла, кераміки, напівпровідників, текстилю, деревини та паперу.
У найближчі кілька років застосування лазерного різання в галузі точної обробки та мікрообробки також досягне значного зростання.
лазерне різання
Коли сфокусований лазерний промінь потрапляє на деталь, опромінена ділянка різко нагрівається, розплавляючи або випаровуючи матеріал. Як тільки лазерний промінь проникає в заготовку, починається процес різання: лазерний промінь рухається по контуру, розплавляючи матеріал. Зазвичай використовується струмінь повітря, щоб видувати розплав із пропилу, залишаючи вузький проміжок між вирізаною частиною та тримачем пластини, шириною майже як сфокусований лазерний промінь.
Газове різання
Кисневе різання — це стандартний процес різання м’якої сталі з використанням кисню як газу для різання. У розріз вдувають кисень під тиском до 6 бар. Там нагрітий метал вступає в реакцію з киснем: починається горіння і окислення. Хімічна реакція виділяє велику кількість енергії (у п’ять разів перевищує потужність лазера), щоб допомогти лазерному променю різати.
картина
Рисунок 1 Лазерний промінь розплавляє заготовку, а ріжучий газ видуває розплавлений матеріал і шлак у надрізі
Розплавне різання
Різання оплавленням — ще один стандартний процес, який використовується під час різання металу. Можна також використовувати для різання інших легкоплавких матеріалів, таких як кераміка.
Як ріжучий газ використовується азот або аргон, і газ із тиском 2-20 бар продувається через надріз. Аргон і азот є інертними газами, а це означає, що вони не реагують з розплавленим металом у надрізі, а просто видувають його до дна. У той же час інертний газ може захистити ріжучу кромку від окислення повітрям.
різання стисненим повітрям
Стиснене повітря також можна використовувати для різання тонких листів. Повітря під тиском 5-6 бар є достатнім, щоб видувати розплавлений метал із розрізу. Оскільки повітря майже на 80 відсотків складається з азоту, різання стисненим повітрям в основному є різанням плавленням.
плазмове різання
Якщо параметри підібрані правильно, то в пропилі плазмового плавлення з’явиться хмара плазми. Плазмова хмара складається з іонізованих парів металу та іонізованого різального газу. Плазмова хмара поглинає енергію CO2-лазера та передає її в заготовку, таким чином більше енергії поєднується з заготівлею, і матеріал плавиться швидше, що призводить до більшої швидкості різання. Тому цей процес різання також називають високошвидкісним плазмовим різанням.
Плазмові хмари практично прозорі для твердотільних лазерів, тому лише CO2-лазери можна використовувати для різання плавленням за допомогою плазми.
картина
газифікаційне різання
Газифікаційне різання випаровує матеріал, мінімізуючи термічний вплив на навколишні матеріали. Цього можна досягти шляхом випаровування матеріалів із низьким нагріванням, які добре поглинають, таких як тонкі пластикові плівки, а також неплавких матеріалів, таких як деревина, папір, піна тощо, за допомогою безперервної обробки CO2-лазером.
Лазери ультракороткого імпульсу дозволяють застосовувати цю техніку до інших матеріалів. Вільні електрони в металі поглинають лазерне світло і сильно нагріваються. Лазерні імпульси не реагують з розплавленими частинками та плазмою, і матеріал безпосередньо сублімується, не даючи часу для передачі енергії у вигляді тепла навколишнім матеріалам. Пікосекундні імпульси абляють матеріал без значних теплових ефектів, плавлення та утворення задирок.
картина
Рисунок 3 Газифікаційне різання: лазер випаровує та спалює матеріал. Тиск пари змушує шлак виходити з розрізу
Параметри: Налагодження процесу обробки
Багато параметрів впливають на процес лазерного різання, деякі з яких залежать від технічних характеристик лазера та верстата, а інші відрізняються.
ступінь поляризації
Ступінь поляризації вказує, який відсоток лазерного світла перетворюється. Типовий ступінь поляризації становить близько 90 відсотків. Цього більш ніж достатньо для якісного різу.
фокусний діаметр
Фокусний діаметр впливає на ширину пропилу, і фокусний діаметр можна змінити, змінюючи фокусну відстань дзеркала фокусування. Менший фокусний діаметр означає вужчий розріз.
положення фокуса
Положення фокуса визначає діаметр променя та щільність потужності на поверхні заготовки, а також форму розрізу.
картина
Рисунок 4 Положення фокуса: всередині заготовки, на поверхні заготовки та над заготовкою
потужність лазера
Потужність лазера повинна відповідати типу обробки, типу матеріалу і товщині. Потужність має бути достатньо високою, щоб щільність потужності на деталі перевищувала поріг обробки.
картина
Рисунок 5 Більша потужність лазера може різати більш товсті матеріали
Режим роботи
Безперервний режим в основному використовується для різання стандартних профілів з металу та пластику розміром від міліметра до сантиметра. Для оплавлення перфорацій або створення точних контурів використовуються низькочастотні імпульсні лазери.
швидкість різання
Потужність лазера та швидкість різання повинні відповідати одна одній. Занадто висока або надто низька швидкість різання призведе до збільшення шорсткості та утворення задирок.
картина
Рисунок 6 Швидкість різання зменшується зі збільшенням товщини листа
Діаметр сопла
Діаметр сопла визначає швидкість потоку і форму газового потоку з сопла. Чим товщі матеріал, тим більше діаметр газового струменя і, відповідно, діаметр отвору сопла.
Чистота газу та барометричний тиск
В якості ріжучих газів часто використовують кисень і азот. Чистота і тиск газу впливають на ефект різання.
При різанні кисневим паливом необхідна чистота газу 99,95%. Чим товщі сталева пластина, тим менший тиск газу використовується.
Для різання плавленням азотом необхідна чистота газу 99,995 відсотка (в ідеалі 99,999 відсотка), а для різання більш товстих сталевих листів плавленням потрібен вищий тиск газу.
Технічний паспорт
На початку лазерного різання користувачі повинні були самостійно вирішувати налаштування параметрів обробки шляхом пробної експлуатації. Налагоджені параметри обробки тепер зберігаються в блоці керування ріжучої системи. Для кожного виду матеріалу і товщини є відповідні дані. Технічний паспорт забезпечує безперебійну роботу обладнання для лазерного різання навіть тим, хто не знайомий з цією технологією.
Фактори оцінки якості лазерного різання
Існує багато критеріїв для оцінки якості краю, обробленого лазером. Такі стандарти, як форма задирок, западина та текстура, можна оцінити неозброєним оком; вертикальність, шорсткість, ширину надрізу тощо необхідно вимірювати спеціальними приладами. Осадження матеріалу, корозія, зона термічного впливу та деформація також є важливими факторами для вимірювання якості лазерного різання.
