Laseri su prvi put korišteni za rezanje 1970-ih. U savremenoj industrijskoj proizvodnji lasersko sečenje ima široku primenu u obradi lima, plastike, stakla, keramike, poluprovodnika, tekstila, drveta i papira.
U narednih nekoliko godina primjena laserskog rezanja u području precizne obrade i mikromašinske obrade također će postići značajan rast.
lasersko sečenje
Kada se fokusirani laserski snop usmjeri na radni predmet, ozračeno područje se dramatično zagrijava kako bi se otopio ili ispario materijal. Čim laserski snop prodre u radni komad, počinje proces rezanja: laserski snop se kreće duž konture dok topi materijal. Mlaz zraka se obično koristi za otpuhivanje taline iz utora, ostavljajući uzak razmak između rezanog dijela i držača ploče, širok skoro kao fokusirani laserski snop.
Rezanje plamenom
Rezanje kisikom je standardni proces za rezanje mekog čelika koristeći kisik kao plin za rezanje. Kiseonik pod pritiskom do 6 bara se uduvava u rez. Tamo zagrijani metal reagira s kisikom: počinje sagorijevanje i oksidacija. Hemijska reakcija oslobađa veliku količinu energije (do pet puta veću od snage lasera) koja pomaže laserskom snopu u rezanju.
slika
Slika 1 Laserski snop topi radni predmet, a plin za rezanje otpuhuje rastopljeni materijal i šljaku u rezu
Rezanje topljenjem
Fusion sečenje je još jedan standardni proces koji se koristi pri rezanju metala. Može se koristiti i za rezanje drugih topljivih materijala kao što je keramika.
Azot ili argon se koristi kao gas za rezanje, a gas sa pritiskom od 2-20 bara se upuhuje kroz rez. Argon i dušik su inertni plinovi, što znači da ne reagiraju s rastopljenim metalom u rezu, već ga samo otpuhuju prema dnu. U isto vrijeme, inertni plin može zaštititi reznu ivicu od oksidacije zrakom.
sečenje komprimovanim vazduhom
Komprimirani zrak se također može koristiti za rezanje tankih listova. Vazduh pod pritiskom do 5-6 bara je dovoljan da izduva rastopljeni metal iz reza. Budući da je zrak gotovo 80 posto dušik, rezanje komprimiranim zrakom je u osnovi rezanje fuzijom.
sečenje uz pomoć plazme
Ako su parametri pravilno odabrani, oblak plazme će se pojaviti u rezu za sečenje uz pomoć plazme. Oblak plazme se sastoji od jonizovane metalne pare i jonizovanog gasa za rezanje. Oblak plazme apsorbira energiju CO2 lasera i prenosi je u radni komad, tako da se više energije spaja na radni komad, a materijal će se brže topiti, što rezultira većom brzinom rezanja. Stoga se ovaj proces rezanja naziva i rezanje plazmom velikom brzinom.
Oblaci plazme su gotovo transparentni za lasere u čvrstom stanju, tako da se samo CO2 laseri mogu koristiti za rezanje uz pomoć plazme.
slika
gasifikacija sečenja
Rezanje gasifikacijom isparava materijal, minimizirajući toplotni efekat na okolne materijale. To se može postići isparavanjem materijala niske topline i visoke apsorpcije kao što su tanke plastične folije, kao i materijala koji se ne tope kao što su drvo, papir, pjena, itd., korištenjem kontinuirane obrade CO2 laserom.
Laseri ultrakratkih impulsa omogućavaju primjenu ove tehnike na druge materijale. Slobodni elektroni u metalu apsorbuju lasersku svjetlost i snažno se zagrijavaju. Laserski impulsi ne reaguju sa otopljenim česticama i plazmom, a materijal sublimira direktno, ne dajući vremena da prenese energiju u obliku toplote na okolne materijale. Pikosekundni impulsi za ablaciju materijala bez značajnih termičkih efekata, topljenja i stvaranja neravnina.
slika
Slika 3 Sečenje gasifikacijom: Laser isparava i sagoreva materijal. Pritisak pare dovodi do ispuštanja šljake iz reza
Parametri: Podešavanje procesa obrade
Mnogi parametri utiču na proces laserskog rezanja, od kojih neki zavise od tehničkih performansi lasera i alatne mašine, dok se drugi razlikuju.
stepen polarizacije
Stepen polarizacije pokazuje koji procenat laserske svjetlosti se pretvara. Tipičan stepen polarizacije je oko 90 procenata. Ovo je više nego dovoljno za visokokvalitetan rez.
fokusni prečnik
Fokusni prečnik utiče na širinu reza, a žižni prečnik se može promeniti promenom žižne daljine ogledala za fokusiranje. Manji fokusni promjer znači uži rez.
položaj fokusa
Položaj fokusa određuje prečnik snopa i gustinu snage na površini radnog komada, kao i oblik reza.
slika
Slika 4 Položaj fokusa: unutar radnog komada, na površini obratka i iznad radnog komada
laserska snaga
Snaga lasera treba da odgovara vrsti obrade, vrsti materijala i debljini. Snaga mora biti dovoljno velika da gustina snage na radnom komadu prelazi prag obrade.
slika
Slika 5. Veća snaga lasera može rezati deblje materijale
Način rada
Kontinuirani način rada 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 impulsni laseri.
brzina rezanja
Snaga lasera i brzina rezanja moraju odgovarati jedna drugoj. Brzine rezanja koje su prebrze ili prespore će rezultirati povećanom hrapavosti i stvaranjem neravnina.
slika
Slika 6 Brzina rezanja opada kako se debljina lima povećava
Prečnik mlaznice
Prečnik mlaznice određuje brzinu protoka i oblik protoka gasa iz mlaznice. Što je materijal deblji, veći je promjer plinskog mlaza i, shodno tome, promjer otvora mlaznice.
Čistoća plina i barometarski tlak
Kiseonik i dušik se često koriste kao plinovi za rezanje. Čistoća i pritisak gasa utiču na efekat rezanja.
Prilikom rezanja sa kisikom potrebna je čistoća plina od 99,95 posto. Što je čelična ploča deblja, to je pritisak plina manji.
Rezanje fuzijom dušikom zahtijeva čistoću plina od 99,995 posto (idealno 99,999 posto), a za rezanje debljih čeličnih ploča potrebni su viši pritisci plina.
Tehnički list
U prvim danima laserskog rezanja, korisnici su morali sami da odlučuju o postavljanju parametara obrade kroz probni rad. Dobro uspostavljeni parametri obrade sada su pohranjeni u kontrolnoj jedinici sistema za sečenje. Za svaku vrstu i debljinu materijala postoje odgovarajući podaci. Tehnički list omogućava nesmetan rad opreme za lasersko sečenje čak i onima koji nisu upoznati sa ovom tehnologijom.
Faktori evaluacije kvaliteta laserskog rezanja
Postoji mnogo kriterijuma za procenu kvaliteta laserski rezane ivice. Standardi kao što su oblik ivica, depresija i tekstura mogu se procijeniti golim okom; vertikalnost, hrapavost i širinu reza, itd., potrebno je izmjeriti posebnim instrumentima. Taloženje materijala, korozija, zona uticaja toplote i deformacija su takođe važni faktori za merenje kvaliteta laserskog rezanja.
