Laseri su prvi put korišteni za rezanje 1970-ih. U modernoj industrijskoj proizvodnji lasersko rezanje ima široku primjenu u obradi limova, plastike, stakla, keramike, poluvodiča, tekstila, drva i papira.
U sljedećih nekoliko godina primjena laserskog rezanja u području precizne strojne i mikrostrojne obrade također će postići značajan rast.
lasersko rezanje
Kada se fokusirana laserska zraka usmjeri na obradak, ozračeno područje dramatično se zagrijava da otopi ili ispari materijal. Čim laserska zraka prodre kroz obradak, počinje proces rezanja: laserska zraka se kreće duž konture dok topi materijal. Mlaz zraka obično se koristi za otpuhivanje taline s proreza, ostavljajući uzak razmak između odsječenog dijela i držača ploče, širok gotovo koliko i fokusirana laserska zraka.
Rezanje plamenom
Rezanje kisikom je standardni postupak za rezanje mekog čelika korištenjem kisika kao plina za rezanje. U rez se upuhuje kisik pod tlakom do 6 bara. Tamo zagrijani metal reagira s kisikom: počinje izgaranje i oksidacija. Kemijska reakcija oslobađa veliku količinu energije (do pet puta veću od snage lasera) koja pomaže laserskoj zraci pri rezanju.
slika
Slika 1 Laserska zraka topi izradak, a plin za rezanje otpuhuje rastaljeni materijal i trosku u rezu
Rezanje taline
Rezanje fuzijom još je jedan standardni postupak koji se koristi pri rezanju metala. Također se može koristiti za rezanje drugih topljivih materijala kao što je keramika.
Kao plin za rezanje koristi se dušik ili argon, a kroz rez se upuhuje plin s tlakom od 2-20 bara. Argon i dušik su inertni plinovi, što znači da ne reagiraju s rastaljenim metalom u usjeku, samo ga otpuhuju prema dnu. U isto vrijeme, inertni plin može zaštititi oštricu od oksidacije zrakom.
rezanje komprimiranim zrakom
Komprimirani zrak također se može koristiti za rezanje tankih ploča. Zrak pod tlakom od 5-6 bar dovoljan je za otpuhivanje rastaljenog metala iz reza. Budući da se zrak sastoji od gotovo 80 posto dušika, rezanje komprimiranim zrakom je u osnovi rezanje fuzijom.
rezanje uz pomoć plazme
Ako su parametri pravilno odabrani, plazma oblak će se pojaviti u plazma potpomognutom topljenju i reznom rezu. Oblak plazme sastoji se od ionizirane metalne pare i ioniziranog plina za rezanje. Oblak plazme apsorbira energiju CO2 lasera i prenosi je u radni komad, tako da se više energije spaja s radnim komadom, a materijal će se topiti brže, što rezultira većom brzinom rezanja. Stoga se ovaj proces rezanja naziva i brzim plazma rezanjem.
Oblaci plazme praktički su prozirni za lasere čvrstog stanja, tako da se samo CO2 laseri mogu koristiti za rezanje taljenjem potpomognuto plazmom.
slika
rezanje rasplinjavanjem
Rezanje rasplinjavanjem isparava materijal, smanjujući toplinski učinak na okolne materijale. To se može postići isparavanjem materijala niske topline, visoke apsorpcije kao što su tanki plastični filmovi kao i materijala koji se ne otapaju kao što su drvo, papir, pjena, itd., koristeći kontinuiranu obradu CO2 laserom.
Ultrakratki pulsni laseri omogućuju primjenu ove tehnike na drugim materijalima. Slobodni elektroni u metalu apsorbiraju lasersko svjetlo i jako se zagrijavaju. Laserski impulsi ne reagiraju s rastaljenim česticama i plazmom, a materijal sublimira izravno, ne dajući vremena za prijenos energije u obliku topline na okolne materijale. Pikosekundni impulsi uklanjaju materijal bez značajnih toplinskih učinaka, topljenja i stvaranja neravnina.
slika
Slika 3 Rezanje rasplinjavanjem: Laser isparava i spaljuje materijal. Pritisak pare uzrokuje ispuštanje troske iz reza
Parametri: Podešavanje procesa obrade
Mnogi parametri utječu na proces laserskog rezanja, od kojih neki ovise o tehničkoj izvedbi lasera i alatnog stroja, dok se drugi razlikuju.
stupanj polarizacije
Stupanj polarizacije pokazuje koji se postotak laserske svjetlosti pretvara. Tipičan stupanj polarizacije je oko 90 posto. Ovo je više nego dovoljno za visokokvalitetni rez.
žarišni promjer
Žarišni promjer utječe na širinu zareza, a žarišni promjer se može promijeniti promjenom žarišne duljine zrcala za fokusiranje. Manji žarišni promjer znači uži rez.
položaj fokusa
Položaj fokusa određuje promjer snopa i gustoću snage na površini obratka kao i oblik reza.
slika
Slika 4 Položaj fokusa: unutar izratka, na površini izratka i iznad izratka
snaga lasera
Snaga lasera mora odgovarati vrsti obrade, vrsti materijala i debljini. Snaga mora biti dovoljno visoka da gustoća snage na izratku premaši prag obrade.
slika
Slika 5 Veća snaga lasera može rezati deblje materijale
Način rada
Kontinuirani način se uglavnom koristi za rezanje standardnih profila od metala i plastike u veličinama od milimetara do centimetra. Za topljenje perforacija ili stvaranje preciznih kontura koriste se niskofrekventni pulsirajući laseri.
brzina rezanja
Snaga lasera i brzina rezanja moraju odgovarati jedna drugoj. Brzine rezanja koje su prebrze ili prespore rezultirat će povećanom hrapavošću i stvaranjem neravnina.
slika
Slika 6 Brzina rezanja opada kako se debljina lima povećava
Promjer mlaznice
Promjer mlaznice određuje brzinu protoka i oblik strujanja plina iz mlaznice. Što je materijal deblji, to je veći promjer mlaza plina i, sukladno tome, promjer otvora mlaznice.
Čistoća plina i barometarski tlak
Kisik i dušik često se koriste kao plinovi za rezanje. Čistoća i tlak plina utječu na učinak rezanja.
Kod rezanja s gorivom kisikom potrebna je čistoća plina od 99,95 posto. Što je deblja čelična ploča, niži je korišteni tlak plina.
Rezanje fuzijom s dušikom zahtijeva čistoću plina od 99,995 posto (idealno 99,999 posto), a za rezanje fuzijom debljih čeličnih ploča potrebni su viši tlakovi plina.
Tehnički list
U ranim danima laserskog rezanja, korisnici su morali sami odlučiti o podešavanju parametara obrade kroz probni rad. Dobro utvrđeni parametri obrade sada su pohranjeni u upravljačkoj jedinici sustava za rezanje. Za svaku vrstu materijala i debljinu postoje odgovarajući podaci. Tehnički list omogućuje nesmetan rad opreme za lasersko rezanje čak i onima koji nisu upoznati s ovom tehnologijom.
Čimbenici ocjene kvalitete laserskog rezanja
Postoje mnogi kriteriji za procjenu kvalitete laserski rezanog ruba. Standardi poput oblika neravnina, udubljenja i teksture mogu se procijeniti golim okom; okomitost, hrapavost i širina zareza, itd., potrebno je mjeriti posebnim instrumentima. Taloženje materijala, korozija, zona utjecaja topline i deformacija također su važni čimbenici za mjerenje kvalitete laserskog rezanja.
