Lasereita käytettiin leikkaamiseen ensimmäisen kerran 1970-luvulla. Nykyaikaisessa teollisessa tuotannossa laserleikkausta käytetään laajalti metallilevyn, muovin, lasin, keramiikan, puolijohteiden, tekstiilien, puun ja paperin käsittelyssä.
Myös laserleikkauksen soveltaminen tarkkuuskoneistuksen ja mikrokoneistuksen alalla saavuttaa lähivuosina merkittävää kasvua.
laserleikkaus
Kun kohdistettu lasersäde loistaa työkappaleeseen, säteilytetty alue lämpenee dramaattisesti ja sulattaa tai höyrystää materiaalin. Heti kun lasersäde tunkeutuu työkappaleeseen, leikkausprosessi alkaa: Lasersäde liikkuu ääriviivaa pitkin samalla kun materiaali sulaa. Ilmasuihkua käytetään yleensä sulan puhaltamiseen pois urasta, jolloin leikatun osan ja levyn pidikkeen väliin jää kapea rako, joka on lähes yhtä leveä kuin kohdistettu lasersäde.
Liekkileikkaus
Happileikkaus on standardiprosessi pehmeän teräksen leikkaamiseen käyttämällä happea leikkauskaasuna. Happi, joka on paineistettu jopa 6 baariin, puhalletaan viilloon. Siellä kuumennettu metalli reagoi hapen kanssa: palaminen ja hapettuminen alkavat. Kemiallinen reaktio vapauttaa suuren määrän energiaa (jopa viisi kertaa laserin tehoa) auttamaan lasersädettä leikkaamisessa.
kuva
Kuva 1 Lasersäde sulattaa työkappaleen ja leikkauskaasu puhaltaa pois viillossa olevan sulan materiaalin ja kuonan
Sulaleikkaus
Fuusioleikkaus on toinen standardiprosessi, jota käytetään metallin leikkaamiseen. Voidaan käyttää myös muiden sulavien materiaalien, kuten keramiikan, leikkaamiseen.
Leikkauskaasuna käytetään typpeä tai argonia, ja kaasu, jonka paine on 2-20 bar, puhalletaan viillon läpi. Argon ja typpi ovat inerttejä kaasuja, mikä tarkoittaa, että ne eivät reagoi viillossa olevan sulan metallin kanssa, vaan puhaltavat sen pois pohjaa kohti. Samalla inertti kaasu voi suojata leikkuuterää ilman hapettumiselta.
paineilmaleikkaus
Paineilmaa voidaan käyttää myös ohuiden levyjen leikkaamiseen. Ilma, joka on paineistettu 5-6 bariin, riittää puhaltamaan sulan metallin ulos leikkauksesta. Koska ilma on lähes 80 prosenttia typpeä, paineilmaleikkaus on pohjimmiltaan fuusioleikkausta.
plasma-avusteinen leikkaus
Jos parametrit on valittu oikein, plasma-avusteiseen sulamisleikkausuraan ilmestyy plasmapilvi. Plasmapilvi koostuu ionisoidusta metallihöyrystä ja ionisoidusta leikkauskaasusta. Plasmapilvi imee CO2-laserin energian ja siirtää sen työkappaleeseen, jolloin työkappaleeseen kytkeytyy enemmän energiaa ja materiaali sulaa nopeammin, mikä johtaa nopeampaan leikkausnopeuteen. Siksi tätä leikkausprosessia kutsutaan myös nopeaksi plasmaleikkaukseksi.
Plasmapilvet ovat käytännössä läpinäkyviä solid-state-lasereille, joten vain CO2-lasereita voidaan käyttää plasma-avusteiseen sulatusleikkaukseen.
kuva
kaasutusleikkaus
Kaasutusleikkaus haihduttaa materiaalia ja minimoi lämpövaikutuksen ympäröiviin materiaaleihin. Tämä voidaan saavuttaa haihduttamalla matalalämpöisiä, hyvin imeviä materiaaleja, kuten ohuita muovikalvoja, sekä sulamattomia materiaaleja, kuten puuta, paperia, vaahtoa jne., käyttämällä jatkuvaa CO2-laserkäsittelyä.
Ultralyhyen pulssin laserit mahdollistavat tämän tekniikan soveltamisen muihin materiaaleihin. Metallin vapaat elektronit absorboivat laservaloa ja kuumenevat voimakkaasti. Laserpulssit eivät reagoi sulien hiukkasten ja plasman kanssa, ja materiaali sublimoituu suoraan, jolloin ei jää aikaa siirtää energiaa lämmön muodossa ympäröiviin materiaaleihin. Pikosekunnin pulssit poistavat materiaalia ilman merkittäviä lämpövaikutuksia, sulamista ja purseen muodostumista.
kuva
Kuva 3 Kaasutusleikkaus: Laser höyrystää ja polttaa materiaalin. Höyryn paine saa kuonan poistumaan viillosta
Parametrit: Koneistusprosessin säätö
Laserleikkausprosessiin vaikuttavat monet parametrit, joista osa riippuu laserin ja työstökoneen teknisestä suorituskyvystä, kun taas toiset vaihtelevat.
polarisaation aste
Polarisaatioaste kertoo, kuinka monta prosenttia laservalosta muuntuu. Tyypillinen polarisaatioaste on noin 90 prosenttia. Tämä on enemmän kuin tarpeeksi korkealaatuiseen leikkaukseen.
polttovälin halkaisija
Polttovälin halkaisija vaikuttaa uurreen leveyteen, ja polttohalkaisijaa voidaan muuttaa muuttamalla tarkennuspeilin polttoväliä. Pienempi polttohalkaisija tarkoittaa kapeampaa viiltoa.
tarkennusasento
Tarkennusasento määrittää säteen halkaisijan ja tehotiheyden työkappaleen pinnalla sekä viillon muodon.
kuva
Kuva 4 Tarkennusasento: työkappaleen sisällä, työkappaleen pinnalla ja työkappaleen yläpuolella
laserteho
Lasertehon tulee vastata käsittelytapaa, materiaalityyppiä ja paksuutta. Tehon on oltava riittävän suuri, jotta työkappaleen tehotiheys ylittää koneistuskynnyksen.
kuva
Kuva 5 Suurempi laserteho voi leikata paksumpia materiaaleja
Toimintatila
Jatkuvaa tilaa käytetään pääasiassa metallin ja muovin standardiprofiilien leikkaamiseen millimetristä senttimetriin. Rei'itysten sulattamiseen tai tarkkojen ääriviivojen luomiseen käytetään matalataajuisia pulssilasereita.
leikkausnopeus
Lasertehon ja leikkausnopeuden on vastattava toisiaan. Liian nopeat tai hitaat leikkausnopeudet lisäävät karheutta ja jäysteen muodostumista.
kuva
Kuva 6 Leikkausnopeus pienenee levyn paksuuden kasvaessa
Suuttimen halkaisija
Suuttimen halkaisija määrää suuttimesta tulevan kaasuvirtauksen virtausnopeuden ja muodon. Mitä paksumpi materiaali, sitä suurempi on kaasusuihkun halkaisija ja vastaavasti suuttimen aukon halkaisija.
Kaasun puhtaus ja barometrinen paine
Happea ja typpeä käytetään usein leikkauskaasuina. Kaasun puhtaus ja paine vaikuttavat leikkaustehoon.
Happipolttoaineella sahattaessa kaasun puhtaus on 99,95 prosenttia. Mitä paksumpi teräslevy on, sitä alhaisempi on käytetty kaasunpaine.
Fuusioleikkaus typellä vaatii kaasun puhtauden 99,995 prosenttia (mieluiten 99,999 prosenttia), ja suurempia kaasunpaineita tarvitaan paksumpien teräslevyjen sulattamiseen.
Tekninen tiedote
Laserleikkauksen alkuaikoina käyttäjien piti itse päättää prosessointiparametrien asetuksista koekäytön avulla. Vakiintuneet käsittelyparametrit on nyt tallennettu leikkausjärjestelmän ohjausyksikköön. Jokaiselle materiaalityypille ja paksuudelle on vastaavat tiedot. Tekninen tietolehti mahdollistaa laserleikkauslaitteiden sujuvan toiminnan myös niille, jotka eivät tunne tätä tekniikkaa.
Laserleikkauksen laadun arviointitekijät
Laserleikatun reunan laadun arvioimiseksi on monia kriteerejä. Standardit, kuten pursemuoto, masennus ja rakenne, voidaan arvioida paljaalla silmällä; pystysuora, karheus ja viillon leveys jne. on mitattava erikoisinstrumenteilla. Laserleikkauksen laadun mittaamisessa tärkeitä tekijöitä ovat myös materiaalin kerrostuminen, korroosio, lämmön vaikutusalue ja muodonmuutos.
