Ласери су први пут коришћени за сечење 1970-их. У савременој индустријској производњи ласерско сечење има широку примену у обради лима, пластике, стакла, керамике, полупроводника, текстила, дрвета и папира.
У наредних неколико година примена ласерског сечења у области прецизне обраде и микромашинске обраде такође ће остварити значајан раст.
ласерско сечење
Када се фокусирани ласерски сноп усмери на радни предмет, озрачено подручје се драматично загрева да би се растопио или испарио материјал. Чим ласерски зрак продре у радни предмет, почиње процес сечења: Ласерски зрак се креће дуж контуре док топи материјал. Млаз ваздуха се обично користи да би се растопина одувала од уреза, остављајући уски размак између резаног дела и држача плоче, широк скоро као фокусирани ласерски зрак.
Резање пламеном
Сечење кисеоником је стандардни процес за сечење меког челика користећи кисеоник као гас за сечење. Кисеоник под притиском до 6 бара се удувава у рез. Тамо, загрејани метал реагује са кисеоником: почиње сагоревање и оксидација. Хемијска реакција ослобађа велику количину енергије (до пет пута већу од снаге ласера) како би помогла ласерском зраку при сечењу.
слика
Слика 1 Ласерски зрак топи радни предмет, а гас за сечење издувава растопљени материјал и шљаку у резу
Резање топљења
Фусион сечење је још један стандардни процес који се користи приликом сечења метала. Може се користити и за сечење других топљивих материјала као што је керамика.
Као гас за сечење се користи азот или аргон, а гас са притиском од 2-20 бара се удувава кроз рез. Аргон и азот су инертни гасови, што значи да не реагују са растопљеним металом у резу, већ га само издувају према дну. Истовремено, инертни гас може заштитити резну ивицу од оксидације ваздухом.
сечење компримованим ваздухом
Компримовани ваздух се такође може користити за сечење танких листова. Ваздух под притиском до 5-6 бара је довољан да издува растопљени метал из реза. Пошто је ваздух скоро 80 процената азота, сечење компримованим ваздухом је у основи сечење фузијом.
сечење уз помоћ плазме
Ако су параметри правилно одабрани, облак плазме ће се појавити у резу за сечење уз помоћ плазме. Облак плазме се састоји од јонизоване металне паре и јонизованог гаса за резање. Облак плазме апсорбује енергију ЦО2 ласера и преноси је у радни предмет, тако да се више енергије повезује са радним предметом, а материјал ће се брже истопити, што резултира већом брзином сечења. Због тога се овај процес резања назива и плазма сечење велике брзине.
Облаци плазме су практично провидни за ласере у чврстом стању, тако да се само ЦО2 ласери могу користити за сечење уз помоћ плазме.
слика
гасификација сечења
Сечење гасификацијом испарава материјал, минимизирајући топлотни ефекат на околне материјале. Ово се може постићи испаравањем материјала са ниском температуром и високом апсорпцијом као што су танке пластичне фолије, као и материјала који се не топе као што су дрво, папир, пена, итд., коришћењем континуиране обраде ЦО2 ласером.
Ласери ултракратких импулса омогућавају примену ове технике на друге материјале. Слободни електрони у металу апсорбују ласерску светлост и снажно се загревају. Ласерски импулси не реагују са растопљеним честицама и плазмом, а материјал сублимира директно, не дајући времена да пренесе енергију у облику топлоте на околне материјале. Пикосекундни импулси за аблацију материјала без значајних термичких ефеката, топљења и формирања неравнина.
слика
Слика 3 Сечење гасификацијом: Ласер испарава и сагорева материјал. Притисак паре чини да се шљака испушта из реза
Параметри: Подешавање процеса обраде
Многи параметри утичу на процес ласерског резања, од којих неки зависе од техничких перформанси ласера и алатне машине, док се други разликују.
степен поларизације
Степен поларизације показује који проценат ласерске светлости се претвара. Типичан степен поларизације је око 90 процената. Ово је више него довољно за висококвалитетан рез.
пречник жаришта
Фокални пречник утиче на ширину уреза, а жижни пречник се може променити променом жижне даљине огледала за фокусирање. Мањи фокусни пречник значи ужи рез.
положај фокуса
Положај фокуса одређује пречник зрака и густину снаге на површини радног предмета, као и облик реза.
слика
Слика 4 Положај фокуса: унутар радног предмета, на површини радног предмета и изнад радног предмета
снага ласера
Снага ласера треба да одговара типу обраде, врсти материјала и дебљини. Снага мора бити довољно велика да густина снаге на радном предмету прелази праг обраде.
слика
Слика 5 Већа снага ласера може да сече дебље материјале
Начин рада
Континуални режим се углавном користи за сечење стандардних профила од метала и пластике у величинама од милиметара до центиметра. За топљење перфорација или стварање прецизних контура користе се нискофреквентни импулсни ласери.
брзина резања
Снага ласера и брзина сечења морају да одговарају једна другој. Брзине сечења које су пребрзе или преспоре ће довести до повећане храпавости и стварања неравнина.
слика
Слика 6 Брзина сечења опада како се дебљина лима повећава
Пречник млазнице
Пречник млазнице одређује брзину протока и облик протока гаса из млазнице. Што је материјал дебљи, већи је пречник гасног млаза и, сходно томе, пречник отвора млазнице.
Чистоћа гаса и барометарски притисак
Кисеоник и азот се често користе као гасови за резање. Чистоћа и притисак гаса утичу на ефекат резања.
Када се сече са кисеоником, потребна је чистоћа гаса од 99,95 процената. Што је челична плоча дебља, то је мањи притисак гаса који се користи.
Сечење фузијом са азотом захтева чистоћу гаса од 99,995 процената (идеално 99,999 процената), а виши притисци гаса су потребни за сечење дебљих челичних плоча фузијом.
Технички лист
У првим данима ласерског сечења, корисници су морали сами да одлуче о подешавању параметара обраде кроз пробни рад. Добро успостављени параметри обраде сада се чувају у контролној јединици система за сечење. За сваку врсту и дебљину материјала постоје одговарајући подаци. Технички лист омогућава несметан рад опреме за ласерско сечење чак и онима који нису упознати са овом технологијом.
Фактори вредновања квалитета ласерског сечења
Постоји много критеријума за процену квалитета ласерског реза. Стандарди као што су облик ивица, депресија и текстура могу се проценити голим оком; вертикалност, храпавост и ширину реза, итд., потребно је измерити посебним инструментима. Таложење материјала, корозија, зона утицаја топлоте и деформација су такође важни фактори за мерење квалитета ласерског сечења.
