Αυτά τα βασικά της κοπής με λέιζερ

Τα λέιζερ χρησιμοποιήθηκαν για πρώτη φορά για κοπή στη δεκαετία του 1970. Στη σύγχρονη βιομηχανική παραγωγή, η κοπή με λέιζερ χρησιμοποιείται ευρύτερα για την επεξεργασία υλικών όπως λαμαρίνα, πλαστικά, γυαλί, κεραμικά, ημιαγωγοί, υφάσματα, ξύλο και χαρτί.
Όταν μια εστιασμένη ακτίνα λέιζερ λάμπει σε ένα τεμάχιο εργασίας, η ακτινοβολούμενη περιοχή θερμαίνεται δραματικά για να λιώσει ή να εξατμιστεί το υλικό. Μόλις η δέσμη λέιζερ διεισδύσει στο τεμάχιο εργασίας, ξεκινά η διαδικασία κοπής: η δέσμη λέιζερ κινείται κατά μήκος μιας γραμμής περιγράμματος ενώ λιώνει το υλικό. Το λιωμένο υλικό συνήθως διοχετεύεται μακριά από το στόμιο με πίδακα αέρα, αφήνοντας μια στενή σχισμή μεταξύ του κομμένου τμήματος και της βάσης πλάκας που είναι σχεδόν τόσο πλάτος όσο η εστιασμένη δέσμη λέιζερ.

Κοπή φλόγας
Η κοπή με φλόγα είναι μια τυπική διαδικασία που χρησιμοποιείται κατά την κοπή μαλακού χάλυβα, χρησιμοποιώντας οξυγόνο ως αέριο κοπής. Το οξυγόνο συμπιέζεται έως και 6 bar και διοχετεύεται στην κεφαλή. Εκεί, το θερμαινόμενο μέταλλο αντιδρά με το οξυγόνο: αρχίζει η καύση και η οξείδωση. Η χημική αντίδραση απελευθερώνει μεγάλη ποσότητα ενέργειας (έως και πέντε φορές την ενέργεια του λέιζερ) η οποία βοηθά τη δέσμη λέιζερ στην κοπή.
Κοπή τήξης
Η κοπή με τήξη είναι μια άλλη τυπική διαδικασία που χρησιμοποιείται κατά την κοπή μετάλλων. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την κοπή άλλων εύτηκτων υλικών, όπως κεραμικά.
Ως αέριο κοπής χρησιμοποιείται άζωτο ή αέριο αργό και μια πίεση αερίου από 2 έως 20 bar διοχετεύεται μέσω του αυλακιού. Το αργό και το άζωτο είναι αδρανή αέρια, πράγμα που σημαίνει ότι δεν αντιδρούν με το λιωμένο μέταλλο στην κεφαλή, αλλά απλώς το φυσούν προς το κάτω μέρος. Ταυτόχρονα, τα αδρανή αέρια προστατεύουν την κομμένη άκρη από την οξείδωση του αέρα.
Κοπή πεπιεσμένου αέρα
Ο πεπιεσμένος αέρας μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την κοπή λεπτών πλακών. Ο αέρας με πίεση σε 5-6 bar είναι αρκετός για να φυσήξει το λιωμένο μέταλλο στην κοπή. Δεδομένου ότι σχεδόν το 80% του αέρα είναι άζωτο, η κοπή με πεπιεσμένο αέρα είναι βασικά μια κοπή τήξης.
Κοπή με τη βοήθεια πλάσματος
Εάν οι παράμετροι έχουν επιλεγεί σωστά, θα εμφανιστεί ένα σύννεφο πλάσματος στην κεφαλή κοπής τήξης με τη βοήθεια πλάσματος. Το νέφος πλάσματος αποτελείται από ατμό ιονισμένου μετάλλου και ιονισμένο αέριο κοπής. Το νέφος πλάσματος απορροφά την ενέργεια του λέιζερ CO2 και τη μετατρέπει στο τεμάχιο εργασίας, έτσι ώστε περισσότερη ενέργεια να συνδέεται με το τεμάχιο εργασίας και το υλικό να λιώνει πιο γρήγορα, με αποτέλεσμα μεγαλύτερη ταχύτητα κοπής. Επομένως, αυτή η διαδικασία κοπής ονομάζεται επίσης κοπή πλάσματος υψηλής ταχύτητας.
Το νέφος πλάσματος είναι στην πραγματικότητα διαφανές σε σχέση με τα λέιζερ στερεάς κατάστασης, επομένως η κοπή τήξης με τη βοήθεια πλάσματος είναι δυνατή μόνο με λέιζερ CO2.
Κοπή αεριοποίησης
Η κοπή με εξάτμιση εξατμίζει το υλικό, ελαχιστοποιώντας τις επιπτώσεις των θερμικών επιπτώσεων στο περιβάλλον υλικό. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με τη χρήση ενός συνεχούς λέιζερ CO2 για την εξάτμιση υλικών χαμηλής θερμότητας και υψηλής απορρόφησης, όπως λεπτές πλαστικές μεμβράνες και υλικά που δεν λιώνουν, όπως ξύλο, χαρτί και αφρός.
Τα Ultrashort παλμικά λέιζερ επιτρέπουν την εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας σε άλλα υλικά. Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια στο μέταλλο απορροφούν το λέιζερ και θερμαίνονται δραματικά. Ο παλμός λέιζερ δεν αντιδρά με τα λιωμένα σωματίδια και το πλάσμα, το υλικό εξαχνώνεται άμεσα και δεν υπάρχει χρόνος για να μεταφερθεί η ενέργεια στο περιβάλλον υλικό με τη μορφή θερμότητας. Οι παλμοί Picosecond αφαιρούν το υλικό χωρίς ορατό θερμικό αποτέλεσμα, χωρίς τήξη και χωρίς σχηματισμό γρεζιών.
Παράμετροι: Προσαρμογή της διαδικασίας
Πολλές παράμετροι επηρεάζουν τη διαδικασία κοπής με λέιζερ, μερικές από τις οποίες εξαρτώνται από τις τεχνικές ιδιότητες του λέιζερ και της εργαλειομηχανής, ενώ άλλες είναι μεταβλητές.
Πόλωση
Η πόλωση υποδεικνύει ποιο ποσοστό του φωτός λέιζερ μετατρέπεται. Η τυπική πόλωση είναι συνήθως γύρω στο 90%. Αυτό είναι αρκετό για κοπή υψηλής ποιότητας.
Διάμετρος εστίασης
Η εστιακή διάμετρος επηρεάζει το πλάτος της κοπής και μπορεί να αλλάξει αλλάζοντας την εστιακή απόσταση του φακού εστίασης. Μικρότερη εστιακή διάμετρος σημαίνει στενότερη κεφαλή.
Θέση εστίασης
Η θέση του εστιακού σημείου καθορίζει τη διάμετρο της δέσμης και την πυκνότητα ισχύος στην επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας καθώς και το σχήμα της κεφαλής.
Ισχύς λέιζερ
Η ισχύς του λέιζερ πρέπει να ταιριάζει με τον τύπο επεξεργασίας, τον τύπο του υλικού και το πάχος. Η ισχύς πρέπει να είναι αρκετά υψηλή ώστε η πυκνότητα ισχύος στο τεμάχιο εργασίας να υπερβαίνει το κατώφλι επεξεργασίας.