Některé základní znalosti laserového řezání

Již v 70. letech 20. století byly k řezání poprvé použity lasery. V moderní průmyslové výrobě se laserové řezání více využívá při zpracování plechů, plastů, skla, keramiky, polovodičů, textilu, dřeva a papíru.

Řezání laserem

Když zaostřený laserový paprsek svítí na obrobek, osvětlená oblast se prudce zahřeje, aby se materiál roztavil nebo odpařil. Jakmile laserový paprsek pronikne do obrobku, začíná proces řezání: laserový paprsek se pohybuje podél obrysů a taví materiál. Pro odfouknutí taveniny z řezu se obvykle používá proud paprsku, přičemž mezi řezanou částí a rámem zůstává úzká mezera téměř stejně široká jako zaostřený laserový paprsek.

Řezání plamenem

Řezání plamenem je standardní proces pro řezání nízkouhlíkové oceli s použitím kyslíku jako řezného plynu. Kyslík je natlakován až na 6 barů a vháněn do řezu. Tam zahřátý kov reaguje s kyslíkem: začne hořet a oxidovat. Chemická reakce uvolňuje velké množství energie (až pětinásobek energie laseru), která pomáhá laserovému paprsku při řezání.

Fúzní řezání

Tavné řezání je dalším standardním procesem používaným při řezání kovu. Může být také použit k řezání jiných tavitelných materiálů, jako je keramika.

Jako řezný plyn se používá plynný dusík nebo argon a řezem se vhání tlak plynu 2 až 20 barů. Argon a dusík jsou inertní plyny, což znamená, že nereagují s roztaveným kovem v řezu, pouze jej odfukují směrem ke dnu. Zároveň může inertní plyn chránit řeznou hranu před oxidací vzduchem.

Řezání stlačeným vzduchem

Stlačený vzduch lze použít i k řezání plechu. Natlakování vzduchu na 5 až 6 bar je dostatečné k odfouknutí roztaveného kovu v řezu. Protože téměř 80 % vzduchu je dusík, řezání stlačeným vzduchem je v podstatě řezání tavením.

Řezání za pomoci plazmy

Jsou-li parametry vybrány správně, objeví se v řezu tavením za pomoci plazmy oblaka plazmatu. Plazmový oblak se skládá z ionizovaných kovových par a ionizovaného řezného plynu. Plazmový oblak absorbuje energii CO2 laseru a převádí ji na obrobek, což umožňuje, aby se k obrobku připojilo více energie a materiál se rychleji roztavil, což má za následek rychlejší řezání. Proto se tento proces řezání také nazývá vysokorychlostní řezání plazmou.

Plazmová oblaka jsou ve skutečnosti transparentní vzhledem k pevným laserům, takže řezání tavením pomocí plazmy lze provádět pouze pomocí CO2 laserů.

Řezání zplyňováním

Řezání zplynováním odpařuje materiál a minimalizuje tepelné působení na okolní materiál. Toho lze dosáhnout použitím kontinuálních CO2 laserů ke zpracování materiálů s nízkým odpařováním tepla a vysokou absorpcí, jako jsou tenké plastové fólie a netavitelné materiály, jako je dřevo, papír a pěna.

Ultrakrátké pulzní lasery umožňují aplikaci této techniky i na jiné materiály. Volné elektrony v kovu absorbují laser a prudce se zahřívají. Laserové pulsy nereagují s roztavenými částicemi a plazmatem a materiál přímo sublimuje, takže nezbývá čas na přenos energie ve formě tepla do okolního materiálu. Neexistuje žádný zřejmý tepelný efekt, když pikosekundový pulz abluje materiál, žádné tavení a vytváření otřepů.

Parametry: Upravte proces

Proces řezání laserem ovlivňuje mnoho parametrů, z nichž některé závisí na technickém výkonu laseru a obráběcího stroje, zatímco jiné jsou variabilní.

Stupeň polarizace

Stupeň polarizace udává, jaké procento laserového světla bylo převedeno. Typický stupeň polarizace je kolem 90 %. To je dostatečné pro vysoce kvalitní řez.

Ohniskový průměr

Ohniskový průměr ovlivňuje šířku řezu a lze jej změnit změnou ohniskové vzdálenosti zaostřovacího zrcátka. Menší ohniskový průměr znamená užší řez.

Pozice zaostření

Poloha ohniska určuje průměr paprsku a hustotu výkonu na povrchu obrobku a také tvar řezu.

Výkon laseru

Výkon laseru by měl odpovídat typu zpracování, typu materiálu a tloušťce. Výkon musí být dostatečně vysoký, aby hustota výkonu na obrobku přesáhla práh obrábění.

Pracovní režim

Kontinuální režim se používá především pro řezání standardních profilů obráběných materiálů v milimetrových až centimetrových velikostech. K roztavení perforace nebo vytvoření přesného profilu se používá nízkofrekvenční pulzní laser.

Rychlost řezání

Výkon laseru a rychlost řezání se musí navzájem shodovat. Příliš rychlé nebo příliš pomalé řezání bude mít za následek zvýšenou drsnost a tvorbu otřepů.

Průměr trysky

Průměr trysky určuje rychlost proudění a tvar plynu vytékajícího z trysky. Čím je materiál tlustší, tím větší je průměr paprsku plynu a odpovídajícím způsobem by se měl také zvětšit průměr otvoru trysky.

Čistota a tlak plynu

Jako řezné plyny se často používají kyslík a dusík. Čistota a tlak plynu ovlivňují řezný účinek.

Při použití kyslíkového řezání plamenem musí čistota plynu dosáhnout 99,95 %. Čím silnější je ocelový plech, tím nižší je použitý tlak plynu.

Při použití řezání taveninou dusíku musí čistota plynu dosáhnout 99,995 % (ideálně 99,999 %) a při tavení a řezání tlustých ocelových plechů je vyžadován vyšší tlak vzduchu.

Seznam technických parametrů

V rané fázi řezání laserem musí uživatelé sami určit nastavení parametrů zpracování pomocí zkušebních běhů. Vyzrálé parametry obrábění jsou nyní uloženy v řídicí jednotce řezného systému. Pro každý typ materiálu a tloušťku existují odpovídající údaje. Technický list umožňuje bezproblémovou obsluhu laserového řezacího zařízení i osobám, které tuto technologii neznají.

Faktory hodnocení kvality řezání laserem

Existuje mnoho kritérií pro určení kvality laserem řezaných hran. Kritéria jako otřepy, prohlubeň, zrnitost lze posoudit pouhým okem; Kolmost, drsnost a šířka řezu se měří speciálními přístroji. Usazování materiálu, koroze, tepelně ovlivněné oblasti a deformace jsou také důležitými faktory při měření kvality řezání laserem.

Široká vyhlídka

Trvalého úspěchu řezání laserem je obtížné dosáhnout u většiny ostatních metod zpracování. Tento trend pokračuje i dnes. V budoucnu bude aplikační vyhlídka laserového řezání stále širší.