Laserlõikamine on täiustatud tootmistehnoloogia, mis kasutab suure{0}}võimsusega-laserkiirt koos CNC-seadmetega, et teostada materjali kontaktivaba töötlemist. Tehnoloogia juured ulatuvad 1965. aastasse, mil esimest laserlõikamismasinat rakendati teemantstantsiga puurimisel. Ühendkuningriigis saavutati esimene metallide laser{5}-abiga hapnikulõikamine 1967. aastal. 1970. aastatel hakkas laserlõikamise tehnoloogia tungima lennundussektorisse ja pärast CO₂ laseri laialdast kasutuselevõttu8 levis see CO₂. tavapärased plasma lõikamise protsessid.
Termolõikamismeetodina eristatakse laserlõikamist suurepärase lõikekvaliteedi, suure tõhususe ja erakordse paindlikkuse poolest, mis võimaldab tootmist alates ühe-üksuse kohandatud töödest kuni suure{1}}mahulise tootmiseni.
Tööpõhimõtted
1.1 Laseri genereerimine ja kiirte omadused
Laser (valguse võimendus stimuleeritud kiirguse abil) tekitab stimuleeritud emissiooni kaudu väga koherentse monokromaatilise kiire. Lasersüsteem koosneb kolmest põhikomponendist: aktiivne keskkond (tahke, vedel või gaas), energiaallikas (pumpamismehhanism) ja optiline resonaator. Kui aktiivne keskkond on pingestatud, kiirgab see footoneid; resonaator peegeldab neid footoneid edasi-tagasi läbi keskkonna, võimendades ja joondades valguslaineid, et tekitada lõpuks suure-energia-tihedusega laserkiir.
Laserkiired erinevad tavalisest valgusest mitme kriitilise aspekti poolest: kõrge intensiivsus, äärmiselt kitsas sagedusvahemik (monokromaatsus), terav kollimatsioon ja kõrge koherentsus.
1.2 Füüsiline lõikamismehhanism
Laserlõikamise protsess hõlmab kahte samaaegset toimingut:
Materjali kuumutamine ja faasimuutus: fokuseeritud, suure{0}}võimsusega-laserikiir kiiritab töödeldava detaili pinda, põhjustades kiiritatud piirkonna temperatuuri kiiret tõusu, materjali kiiret sulamist, aurustumist, ablatsiooni või süttimist.
Sulatuse väljapaiskumine: kiirega koaksiaalne suure{0}}kiirusega abigaas puhub sulamaterjali lõhest välja, saavutades materjali eraldumise. See gaasivoog kaitseb samaaegselt teravustamisoptikat aurude ja pritsmete eest.
1.3 Täpsus- ja protsessiparameetrid
Laserlõikamisel saavutatakse mõõtmete täpsus ±0,05 mm, lõikelaiused 0,10–0,20 mm ja pinnakaredus kümnete mikronite suurusjärgus. Lõike kvaliteeti mõjutavad peamised parameetrid on järgmised:
Laseri võimsus ja võimsustihedus: määrake saavutatav materjali paksus ja lõikekiirus
Kiire fookusasend: mõjutab lõikelaiust ja vertikaalsust
Abigaasi tüüp ja rõhk: määrab sulatise väljutamise efektiivsuse
Düüsi läbimõõt: tavaliselt jääb vahemikku 0,8–3 mm, mis valitakse materjali ja paksuse alusel
Väärib märkimist, et väga peegeldavatel materjalidel, nagu vask ja alumiinium, on spetsiifiliste laserlainepikkuste puhul äärmiselt madal neeldumismäär, mis kujutab endast olulisi töötlemisprobleeme.
Esmaste protsesside klassifikatsioonid ja tehnilised omadused
Laserlõikamisprotsessid jagunevad materjali eemaldamise mehhanismide alusel nelja põhitüüpi:
2.1 Laser-aurustamine lõikamine
Suure-energiatihedusega-laserikiir soojendab töödeldavat detaili, saavutades kiiresti materjali keemispunkti ja põhjustades otsese aurustumise. Suure -kiirusega auru väljapaiskumine moodustab samaaegselt lõhe.
Power density requirement: Typically >10⁸ W/cm²
Kohaldatavad materjalid: üliõhukesed metallid ja mitte{0}}metallist materjalid (paber, kangas, puit, plast, kumm jne)
Omadused: suur energiavajadus; sobib rakendusteks, mis nõuavad sulajääkide vältimist
2.2 Lasersulatuslõikamine
Laserkuumutamine sulatab materjali ja mitte{0}}oksüdeeriv abigaas (Ar, He, N₂ jne) ajab sulametalli kõrge rõhu kaudu välja, moodustades lõhe.
Energiatõhusus: vajab ainult 1/10 aurustuslõikamise energiast
Kohaldatavad materjalid: roostevaba teras, titaan, alumiinium ja nende sulamid{0}}oksüdatsioonile vastupidavad või reaktiivsed metallid
Protsessi eelis: oksiidivabad -lõigatud servad kõrge servakvaliteediga
2.3 Laserhapnikuga lõikamine (leeklõikus)
Analoogselt oksüatsetüleenlõikamisega kasutab see protsess laserit eelsoojendussoojusallikana ja hapnikku lõikegaasina. Hapnik reageerib eksotermiliselt metalliga, puhudes samal ajal välja sulanud oksiide.
Energiatõhusus: vajab ainult 1/2 sulatuslõikamise energiast; lõikekiirus ületab oluliselt nii aurustus- kui sulatuslõikamist
Kohaldatavad materjalid: süsinikteras, titaanteras ja oksüdatsioonile vastuvõtlikud -kuumtöödeldud terased-metallid
Protsessi piirangud: laiem lõhe, suurem kuumusest{0}}mõjutatud tsoon, vastuvõtlikkus nurga põlemisele ja suhteliselt halvem serva kvaliteet
2.4 Laserkirjutamine ja kontrollitud murd
Laserkriipsutamisel kasutatakse suure -energiatihedusega-laserit, et skaneerida rabedate materjalide pinda, aurustades madala soone termilise aurustamise teel, millele järgneb mehaaniline jõud, mis lõhub materjali piki soont. Kontrollitud purunemine kasutab lasersoonte tekitatud järsku termilist gradienti, et tekitada rabedas materjalis lokaalne termiline pinge, mis põhjustab soone eraldumist.
Kohaldatavad materjalid: keraamika, pooljuhid ja muud rabedad materjalid
Tüüpilised laserid: Q-lülitatud laserid, CO₂ laserid
Rakenduste domeenid ja tööstuse väärtus
Laserlõikamise tehnoloogia on läbinud mitmeid olulisi tööstusharusid:
Autode tootmine: kereraamid, turvapadja komponendid, sisepaneelid
Lennundus: mootori komponendid, titaanisulamist kanalid, kere naha jäigastajad
Elektroonika tootmine: täppismikro-komponendid, trükkplaadid, pistikud
Meditsiiniseadmed: koronaarstentid, kirurgilised instrumendid, mikrofluidiseadmed
Lehtmetalli valmistamine: on muutunud domineerivaks protsessiks, tõrjudes välja tavapärased meetodid
Järeldus
Põhilise tootmistehnoloogiana jätkab laserlõikamine tööstuse ümberkujundamist tänu suure täpsuse, suure tõhususe ja erakordse paindlikkuse kombineeritud eelistele. Pidev tehnoloogiline areng on laiendanud laserlõikamise rakenduspiire alates aurustuslõikamisest kuni hapniku-toega lõikamiseni ja CO₂ laseritest kiudlaseriteni, võimaldades kvaliteetset ja tõhusat töötlemist laiemas materjali- ja paksusvahemikus.
