Lasere ble først brukt til å kutte tilbake på 1970-tallet. I moderne industriell produksjon er laserskjæring mye brukt i bearbeiding av metallplater, plast, glass, keramikk, halvledere, tekstiler, tre og papir.
I løpet av de neste årene vil bruken av laserskjæring innen presisjonsmaskinering og mikromaskinering også oppnå betydelig vekst.
laserskjæring
Når en fokusert laserstråle skinner på et arbeidsstykke, varmes det bestrålte området opp dramatisk for å smelte eller fordampe materialet. Så snart laserstrålen trenger inn i arbeidsstykket, starter skjæreprosessen: Laserstrålen beveger seg langs konturen mens materialet smelter. En luftstråle brukes vanligvis for å blåse smelten bort fra snittet, og etterlater et smalt gap mellom den kuttede delen og plateholderen, nesten like bred som den fokuserte laserstrålen.
Flammekutting
Oksygenskjæring er en standardprosess for skjæring av bløtt stål med oksygen som skjæregass. Oksygen under trykk på opptil 6 bar blåses inn i snittet. Der reagerer det oppvarmede metallet med oksygen: forbrenning og oksidasjon begynner. Den kjemiske reaksjonen frigjør en stor mengde energi (opptil fem ganger kraften til laseren) for å hjelpe laserstrålen med å skjære.
bilde
Figur 1 Laserstrålen smelter arbeidsstykket, og skjæregassen blåser bort det smeltede materialet og slagget i snittet
Smelteskjæring
Fusjonsskjæring er en annen standardprosess som brukes ved skjæring av metall. Kan også brukes til å kutte andre smeltbare materialer som keramikk.
Nitrogen eller argon brukes som skjæregass, og gassen med et trykk på 2-20 bar blåses gjennom snittet. Argon og nitrogen er inerte gasser, noe som betyr at de ikke reagerer med det smeltede metallet i snittet, bare blåser det bort mot bunnen. Samtidig kan den inerte gassen beskytte skjærekanten fra å bli oksidert av luft.
trykkluftskjæring
Trykkluft kan også brukes til å kutte tynne plater. Luft under trykk til 5-6 bar er tilstrekkelig til å blåse smeltet metall ut av kuttet. Siden luft er nesten 80 prosent nitrogen, er trykkluftskjæring i utgangspunktet fusjonsskjæring.
plasmaassistert skjæring
Hvis parametrene velges riktig, vil en plasmasky vises i den plasmaassisterte smelteskjæresnittet. Plasmaskyen består av ionisert metalldamp og ionisert skjæregass. Plasmaskyen absorberer CO2-laserens energi og overfører den inn i arbeidsstykket, slik at mer energi kobles til arbeidsstykket, og materialet vil smelte raskere, noe som gir raskere skjærehastighet. Derfor kalles denne skjæreprosessen også høyhastighets plasmaskjæring.
Plasmaskyer er praktisk talt gjennomsiktige for faststofflasere, så bare CO2-lasere kan brukes til plasmaassistert smelteskjæring.
bilde
gassifiseringsskjæring
Gassifiseringsskjæring fordamper materialet, og minimerer den termiske effekten på omkringliggende materialer. Dette kan oppnås ved å fordampe lavvarme, høyabsorberende materialer som tynne plastfilmer samt ikke-smeltende materialer som tre, papir, skum, etc., ved bruk av kontinuerlig CO2-laserbehandling.
Ultrakort-pulslasere lar denne teknikken brukes på andre materialer. Frie elektroner i metallet absorberer laserlyset og varmes opp voldsomt. Laserpulsene reagerer ikke med de smeltede partiklene og plasmaet, og materialet sublimeres direkte, noe som ikke gir tid til å overføre energi i form av varme til omkringliggende materialer. Picosecond-pulser ablaterer materiale uten betydelige termiske effekter, smelting og graddannelse.
bilde
Figur 3 Gassifiseringsskjæring: Laseren fordamper og brenner materialet. Trykket fra dampen gjør at slagget slipper ut fra snittet
Parametere: Justering av bearbeidingsprosessen
Mange parametere påvirker laserskjæreprosessen, hvorav noen avhenger av den tekniske ytelsen til laseren og maskinverktøyet, mens andre varierer.
grad av polarisering
Graden av polarisering indikerer hvor stor prosentandel av laserlyset som konverteres. En typisk grad av polarisering er rundt 90 prosent. Dette er mer enn nok for et kutt av høy kvalitet.
brennvidde diameter
Brennvidden påvirker snittbredden, og brennvidden kan endres ved å endre brennvidden til fokusspeilet. En mindre brennvidde betyr et smalere snitt.
fokusposisjon
Fokusposisjonen bestemmer strålediameteren og effekttettheten på arbeidsstykkets overflate samt formen på snittet.
bilde
Figur 4 Fokusposisjon: inne i arbeidsstykket, på overflaten av arbeidsstykket og over arbeidsstykket
laserkraft
Laserkraften skal samsvare med type prosessering, materialtype og tykkelse. Effekten må være høy nok til at effekttettheten på arbeidsstykket overstiger bearbeidingsterskelen.
bilde
Figur 5 Høyere lasereffekt kan kutte tykkere materialer
Driftsmodus
Den kontinuerlige modusen brukes hovedsakelig for å kutte standardprofiler av metall og plast i millimeter til centimeter størrelser. For å smelte perforeringer eller lage presise konturer, brukes lavfrekvente pulserende lasere.
kuttehastighet
Laserkraft og skjærehastighet må matche hverandre. Skjærehastigheter som er for høye eller for lave vil føre til økt ruhet og graddannelse.
bilde
Figur 6 Kuttehastigheten avtar når tykkelsen på arket øker
Dysediameter
Dysens diameter bestemmer strømningshastigheten og formen på gasstrømmen fra dysen. Jo tykkere materialet er, desto større er diameteren på gassstrålen og følgelig diameteren på dyseåpningen.
Gassrenhet og barometrisk trykk
Oksygen og nitrogen brukes ofte som skjærende gasser. Renheten og trykket til gassen påvirker kutteeffekten.
Ved skjæring med oxy-fuel kreves en gassrenhet på 99,95 prosent. Jo tykkere stålplaten er, desto lavere gasstrykk brukes.
Fusjonsskjæring med nitrogen krever en gassrenhet på 99,995 prosent (ideelt sett 99,999 prosent), og høyere gasstrykk kreves for fusjonsskjæring av tykkere stålplater.
Teknisk dataark
I de tidlige dagene med laserskjæring måtte brukerne bestemme innstillingen av prosessparametere selv gjennom prøvedrift. Veletablerte prosessparametere er nå lagret i styreenheten til skjæresystemet. For hver materialtype og tykkelse er det tilsvarende data. Det tekniske databladet muliggjør jevn drift av laserskjæreutstyr selv for de som ikke er kjent med denne teknologien.
Kvalitetsevalueringsfaktorer for laserskjæring
Det er mange kriterier for å bedømme kvaliteten på en laserkuttet kant. Standarder som burr form, depresjon og tekstur kan bedømmes med det blotte øye; vertikalitet, ruhet og snittbredde osv., må måles med spesielle instrumenter. Materialavsetning, korrosjon, varmepåvirket sone og deformasjon er også viktige faktorer for å måle kvaliteten på laserskjæring.
