Litt grunnleggende kunnskap om laserskjæring
Allerede på 1970-tallet ble lasere først brukt til kutting. I moderne industriell produksjon er laserskjæring mer utbredt i metallplater, plast, glass, keramikk, halvledere, tekstiler, tre- og papirmaterialebehandling.
Laserskjæring
Når den fokuserte laserstrålen skinner på arbeidsstykket, vil det opplyste området varmes opp kraftig for å smelte eller fordampe materialet. Når laserstrålen trenger inn i arbeidsstykket, begynner skjæreprosessen: laserstrålen beveger seg langs konturene mens materialet smelter. En jetstrøm brukes vanligvis til å blåse smelten bort fra kuttet, og etterlater et smalt gap nesten like bredt som den fokuserte laserstrålen mellom kutteseksjonen og rammen.
Flammekutting
Flammeskjæring er en standardprosess for kutting av lavkarbonstål, ved å bruke oksygen som skjæregass. Oksygen settes under trykk opp til 6bar og blåses inn i snittet. Der reagerer det oppvarmede metallet med oksygen: det begynner å brenne og oksidere. Den kjemiske reaksjonen frigjør en stor mengde energi (opptil fem ganger energien til laseren) for å hjelpe laserstrålen med å skjære.
Fusjonsskjæring
Smelteskjæring er en annen standardprosess som brukes ved skjæring av metall. Den kan også brukes til å kutte andre smeltbare materialer, for eksempel keramikk.
Nitrogen eller argongass brukes som skjæregass, og gasstrykket på 2 til 20 bar blåses gjennom snittet. Argon og nitrogen er inerte gasser, noe som betyr at de ikke reagerer med det smeltede metallet i kuttet, bare blåser det bort mot bunnen. Samtidig kan den inerte gassen beskytte skjærekanten mot luftoksidasjon.
Trykkluftskjæring
Trykkluft kan også brukes til å kutte metallplater. Lufttrykk til 5 til 6 bar er tilstrekkelig for å blåse bort smeltet metall i snittet. Siden nesten 80 % av luften er nitrogen, er trykkluftskjæring i utgangspunktet smelteskjæring.
Plasmaassistert skjæring
Hvis parametrene velges riktig, vil plasmaskyer vises i det plasmaassisterte smelteskjæringssnittet. Plasmaskyen består av ionisert metalldamp og ionisert skjæregass. Plasmaskyen absorberer energien til CO2-laseren og konverterer den til arbeidsstykket, slik at mer energi kan kobles til arbeidsstykket, og materialet smelter raskere, noe som resulterer i raskere kutting. Derfor kalles denne skjæreprosessen også høyhastighets plasmaskjæring.
Plasmaskyer er faktisk gjennomsiktige i forhold til solide lasere, så plasmaassistert smelteskjæring kan bare gjøres med CO2-lasere.
Gassifiseringsskjæring
Gassifiseringsskjæring fordamper materialet og minimerer den termiske effekten på det omkringliggende materialet. Dette kan oppnås ved å bruke kontinuerlige CO2-lasere for å behandle materialer med lav varmefordampning og høy absorpsjon, som tynne plastfilmer og ikke-smeltende materialer som tre, papir og skum.
Ultrakorte pulserende lasere gjør at teknikken kan brukes på andre materialer. De frie elektronene i metallet absorberer laseren og varmes opp voldsomt. Laserpulsene reagerer ikke med de smeltede partiklene og plasmaet, og materialet sublimeres direkte, og gir ingen tid til å overføre energi i form av varme til det omkringliggende materialet. Det er ingen åpenbar termisk effekt når pikosekundpulsen ablaterer materialet, ingen smelting og dannelse av grader.
Parametere: Juster prosessen
Mange parametere påvirker laserskjæreprosessen, hvorav noen avhenger av den tekniske ytelsen til laseren og maskinverktøyet, mens andre er variable.
Grad av polarisering
Graden av polarisering indikerer hvor stor prosentandel av laserlyset som er konvertert. Den typiske polariseringsgraden er rundt 90 %. Dette er tilstrekkelig for et kutt av høy kvalitet.
Brennvidde diameter
Brennvidden påvirker snittets bredde og 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.
Laserkraft
Laserkraften bør matches med type prosessering, type materiale og tykkelse. Effekten må være høy nok til at effekttettheten på arbeidsstykket overstiger bearbeidingsterskelen.
Arbeidsmodus
Den kontinuerlige modusen brukes hovedsakelig til å kutte standardprofiler av maskinerte materialer i millimeter til centimeter størrelser. For å smelte perforeringen eller produsere en presis profil, brukes en lavfrekvent pulserende laser.
Kuttehastighet
Laserkraft og skjærehastighet må matche hverandre. Skjæring for fort eller for sakte vil føre til økt ruhet og graddannelse.
Dysediameter
Dysens diameter bestemmer strømningshastigheten og formen på gassen som strømmer ut av dysen. Jo tykkere materialet er, desto større diameter på gassstrålen, og tilsvarende bør også diameteren på dyseåpningen økes.
Gassrenhet og trykk
Oksygen og nitrogen brukes ofte som skjærende gasser. Renheten og trykket til gassen påvirker kutteeffekten.
Når oksygenflammeskjæring brukes, må renheten til gassen nå 99,95 %. Jo tykkere stålplaten er, desto lavere gasstrykk brukes.
Ved bruk av nitrogensmelteskjæring må gassrenheten nå 99,995 % (ideelt sett 99,999 %), og høyere lufttrykk kreves ved smelting og skjæring av tykke stålplater.
Teknisk parameterliste
I det tidlige stadiet av laserskjæring må brukerne bestemme innstillingen av prosessparametere selv gjennom testkjøringer. Modne maskineringsparametere er nå lagret i styreenheten til skjæresystemet. For hver materialtype og tykkelse er det tilsvarende data. Det tekniske databladet gjør det mulig å betjene laserskjæreutstyr jevnt selv for personer som ikke er kjent med denne teknologien.
Kvalitetsevalueringsfaktorer for laserskjæring
Det er mange kriterier for å bestemme kvaliteten på laserkuttede kanter. Kriterier som burr form, depresjon, korn kan bedømmes med det blotte øye; Vinkelretthet, ruhet og snittbredde måles med spesielle instrumenter. Materialavsetning, korrosjon, varmepåvirkede områder og deformasjon er også viktige faktorer for å måle kvaliteten på laserskjæring.
Bredt perspektiv
Den kontinuerlige suksessen med laserskjæring er vanskelig å oppnå med de fleste andre prosesseringsmetoder. Denne trenden fortsetter i dag. I fremtiden vil applikasjonsutsiktene for laserskjæring bli mer og mer brede.