Laser byl poprvé použit k řezání v 70. letech. V moderní průmyslové výrobní lince se laserové řezání běžněji používá při zpracování plechů, plastů, skla, keramiky, polovodičů, textilu, dřeva a papíru a dalších materiálů.
V příštích několika letech také dosáhne výrazného růstu aplikace laserového řezání v oblasti přesného obrábění a mikroobrábění.
Laserové řezání
Když zaostřený laserový paprsek narazí na obrobek, teplota ozářené oblasti prudce vzroste, aby se materiál roztavil nebo odpařil. Jakmile laserový paprsek pronikne obrobkem, zahájí se proces řezání: laserový paprsek se při tavení materiálu pohybuje podél vrstevnice. Obvykle se k vyfukování taveniny z řezu používá proud vzduchu, přičemž mezi řezanou částí a rámem desky je úzká mezera, která je téměř stejně široká jako zaostřený laserový paprsek.
Řezání plamenem
Řezání plamenem je standardní proces používaný při řezání měkké oceli, při kterém se jako řezný plyn používá kyslík. Kyslík se natlakuje až na 6 bar a poté se foukne do řezu. Zde zahřátý kov reaguje s kyslíkem: začne hořet a oxidovat. Chemická reakce uvolňuje velké množství energie (až pětinásobek energie laseru), aby pomohla laserovému paprsku při řezání.
Fusion Cutting
Řezání taveniny je dalším standardním postupem používaným při řezání kovu. Lze jej také použít k řezání jiných tavitelných materiálů, například keramiky.
Jako řezací plyn se používá dusík nebo argon a řezem se fouká plyn s tlakem 2 až 20 bar. Argon a dusík jsou inertní plyny, což znamená, že nereagují s roztaveným kovem v řezu, ale pouze je foukají na dno. Současně může inertní plyn chránit břit před oxidací vzduchu.
Řezání stlačeným vzduchem
Stlačený vzduch lze také použít k řezání tenkých desek. Tlak vzduchu na 5-6 barů je dostatečný k odfouknutí roztaveného kovu v řezu. Protože téměř 80% vzduchu tvoří dusík, je řezání stlačeným vzduchem v zásadě fúzní řezání.
Řezání pomocí plazmy
Pokud jsou parametry zvoleny správně, objeví se v řezu tavení a řezání pomocí plazmy oblaky. Plazmový mrak se skládá z ionizovaných kovových par a ionizovaného řezného plynu. Plazmový mrak absorbuje energii CO2 laseru a transformuje ji na obrobek, takže se na obrobek naváže více energie a materiál se rychleji roztaví, což má za následek rychlejší řezání. Tento řezací proces se proto také nazývá vysokorychlostní plazmové řezání.
Plazmový mrak je ve skutečnosti transparentní pro plný laser, takže plazmové tavení a řezání může používat pouze CO2 laser.
Odpařovací řezání
Odpařovací řezání odpařuje materiál, čímž se co nejvíce minimalizuje tepelný účinek na okolní materiály. Výše uvedeného efektu lze dosáhnout použitím kontinuálního CO2 laserového zpracování k odpařování materiálů s nízkou teplotou a vysokou absorpcí, jako jsou tenké plastové fólie a netavitelné materiály, jako je dřevo, papír a pěna.
Ultrakrátké pulzní lasery umožňují použití této technologie na jiné materiály. Volné elektrony v kovu absorbují laser a prudce se zahřívají. Laserový puls nereaguje s roztavenými částicemi a plazmou, materiál přímo sublimuje a není čas na přenos energie do okolních materiálů ve formě tepla. Když pikosekundový puls ablatuje materiál, nedochází k žádnému zjevnému tepelnému efektu, tání a tvorbě otřepů.
Parametry: upravit proces zpracování
Mnoho parametrů ovlivňuje proces řezání laserem, některé závisí na technickém výkonu laseru a obráběcího stroje, zatímco jiné jsou variabilní.
Stupeň polarizace
Stupeň polarizace udává, jaké procento laserového světla je převedeno. Typický stupeň polarizace je obvykle kolem 90%. To je dostačující pro vysoce kvalitní řezání.
Průměr zaostření
Průměr ohniska ovlivňuje šířku řezu a průměr ohniska lze změnit změnou ohniskové vzdálenosti zaostřovacího objektivu. Menší ohniskový průměr znamená užší řez.
Zaostřovací poloha
Ohnisková poloha určuje průměr paprsku a hustotu výkonu na povrchu obrobku a 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 překročila prahovou hodnotu pro zpracování.
Pracovní režim
Kontinuální režim se používá hlavně k řezání standardních obrysů kovů a plastů z milimetrů na centimetry. Aby se perforace roztavila nebo aby se vytvořil přesný obrys, používá se nízkofrekvenční pulzní laser.
Rychlost řezání
Výkon laseru a řezná rychlost se musí navzájem shodovat. Příliš rychlé nebo příliš nízké řezné rychlosti způsobí zvýšenou drsnost a tvorbu otřepů.
Průměr trysky
Průměr trysky určuje tok a tvar plynu tryskajícího z trysky. Čím silnější je materiál, tím větší je průměr plynového paprsku a odpovídajícím způsobem, tím větší je průměr trysky.
Čistota a tlak plynu
Jako řezné plyny se často používá kyslík a dusík. Čistota a tlak vzduchu ovlivňují řezný účinek.
Při použití řezání kyslíkovým plamenem musí čistota plynu dosáhnout 99,95%. Čím silnější je ocelová deska, tím nižší je použitý tlak plynu.
Při použití dusíku k tavení a řezání musí čistota plynu dosáhnout 99,995% (ideálně 99,999%) a pro tavení a řezání silných ocelových plechů je vyžadován vyšší tlak vzduchu.
Technický list
V rané fázi laserového řezání se uživatelé musí sami rozhodnout o nastavení parametrů zpracování prostřednictvím zkušebního provozu. Nyní jsou zralé parametry zpracování uloženy v řídicím zařízení řezacího systému. Pro každý typ a tloušťku materiálu existují odpovídající údaje. Tabulka technických parametrů umožňuje bezproblémové ovládání laserového řezacího zařízení i těm, kteří tuto technologii neznají.
Faktory hodnocení kvality řezání laserem
Existuje mnoho kritérií pro hodnocení kvality laserem řezaných hran. Standardy, jako jsou otřepy, deprese a zrno, lze posoudit pouhým okem; svislost, drsnost a šířku řezu je třeba měřit pomocí speciálních nástrojů. Usazování materiálu, koroze, tepelně ovlivněná oblast a deformace jsou také důležitými faktory pro měření kvality řezání laserem.
Široké vyhlídky
Pokračující úspěch řezání laserem přesahuje většinu ostatních společností. Tento trend pokračuje i dnes. V budoucnu budou vyhlídky na laserové řezání stále širší.
Laserové řezání
Když zaostřený laserový paprsek narazí na obrobek, teplota ozářené oblasti prudce vzroste, aby se materiál roztavil nebo odpařil. Jakmile laserový paprsek pronikne obrobkem, zahájí se proces řezání: laserový paprsek se při tavení materiálu pohybuje podél vrstevnice. Obvykle se k vyfukování taveniny z řezu používá proud vzduchu, přičemž mezi řezanou částí a rámem desky je úzká mezera, která je téměř stejně široká jako zaostřený laserový paprsek.
Řezání plamenem
Řezání plamenem je standardní proces používaný při řezání měkké oceli, při kterém se jako řezný plyn používá kyslík. Kyslík se natlakuje až na 6 bar a poté se foukne do řezu. Zde zahřátý kov reaguje s kyslíkem: začne hořet a oxidovat. Chemická reakce uvolňuje velké množství energie (až pětinásobek energie laseru), aby pomohla laserovému paprsku při řezání.
Fusion Cutting
Řezání taveniny je dalším standardním postupem používaným při řezání kovu. Lze jej také použít k řezání jiných tavitelných materiálů, například keramiky.
Jako řezací plyn se používá dusík nebo argon a řezem se fouká plyn s tlakem 2 až 20 bar. Argon a dusík jsou inertní plyny, což znamená, že nereagují s roztaveným kovem v řezu, ale pouze je foukají na dno. Současně může inertní plyn chránit břit před oxidací vzduchu.
Řezání stlačeným vzduchem
Stlačený vzduch lze také použít k řezání tenkých desek. Tlak vzduchu na 5-6 barů je dostatečný k odfouknutí roztaveného kovu v řezu. Protože téměř 80% vzduchu tvoří dusík, je řezání stlačeným vzduchem v zásadě fúzní řezání.
Řezání pomocí plazmy
Pokud jsou parametry zvoleny správně, objeví se v řezu tavení a řezání pomocí plazmy oblaky. Plazmový mrak se skládá z ionizovaných kovových par a ionizovaného řezného plynu. Plazmový mrak absorbuje energii CO2 laseru a transformuje ji na obrobek, takže se na obrobek naváže více energie a materiál se rychleji roztaví, což má za následek rychlejší řezání. Tento řezací proces se proto také nazývá vysokorychlostní plazmové řezání.
Plazmový mrak je ve skutečnosti transparentní pro plný laser, takže plazmové tavení a řezání může používat pouze CO2 laser.
Odpařovací řezání
Odpařovací řezání odpařuje materiál, čímž se co nejvíce minimalizuje tepelný účinek na okolní materiály. Výše uvedeného efektu lze dosáhnout použitím kontinuálního CO2 laserového zpracování k odpařování materiálů s nízkou teplotou a vysokou absorpcí, jako jsou tenké plastové fólie a netavitelné materiály, jako je dřevo, papír a pěna.
Ultrakrátké pulzní lasery umožňují použití této technologie na jiné materiály. Volné elektrony v kovu absorbují laser a prudce se zahřívají. Laserový puls nereaguje s roztavenými částicemi a plazmou, materiál přímo sublimuje a není čas na přenos energie do okolních materiálů ve formě tepla. Když pikosekundový puls ablatuje materiál, nedochází k žádnému zjevnému tepelnému efektu, tání a tvorbě otřepů.
Parametry: upravit proces zpracování
Mnoho parametrů ovlivňuje proces řezání laserem, některé závisí na technickém výkonu laseru a obráběcího stroje, zatímco jiné jsou variabilní.
Stupeň polarizace
Stupeň polarizace udává, jaké procento laserového světla je převedeno. Typický stupeň polarizace je obvykle kolem 90%. To je dostačující pro vysoce kvalitní řezání.
Průměr zaostření
Průměr ohniska ovlivňuje šířku řezu a průměr ohniska lze změnit změnou ohniskové vzdálenosti zaostřovacího objektivu. Menší ohniskový průměr znamená užší řez.
Zaostřovací poloha
Ohnisková poloha určuje průměr paprsku a hustotu výkonu na povrchu obrobku a 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 překročila prahovou hodnotu pro zpracování.
Pracovní režim
Kontinuální režim se používá hlavně k řezání standardních obrysů kovů a plastů z milimetrů na centimetry. Aby se perforace roztavila nebo aby se vytvořil přesný obrys, používá se nízkofrekvenční pulzní laser.
Rychlost řezání
Výkon laseru a řezná rychlost se musí navzájem shodovat. Příliš rychlé nebo příliš nízké řezné rychlosti způsobí zvýšenou drsnost a tvorbu otřepů.
Průměr trysky
Průměr trysky určuje tok a tvar plynu tryskajícího z trysky. Čím silnější je materiál, tím větší je průměr plynového paprsku a odpovídajícím způsobem, tím větší je průměr trysky.
Čistota a tlak plynu
Jako řezné plyny se často používá kyslík a dusík. Čistota a tlak vzduchu ovlivňují řezný účinek.
Při použití řezání kyslíkovým plamenem musí čistota plynu dosáhnout 99,95%. Čím silnější je ocelová deska, tím nižší je použitý tlak plynu.
Při použití dusíku k tavení a řezání musí čistota plynu dosáhnout 99,995% (ideálně 99,999%) a pro tavení a řezání silných ocelových plechů je vyžadován vyšší tlak vzduchu.
Technický list
V rané fázi laserového řezání se uživatelé musí sami rozhodnout o nastavení parametrů zpracování prostřednictvím zkušebního provozu. Nyní jsou zralé parametry zpracování uloženy v řídicím zařízení řezacího systému. Pro každý typ a tloušťku materiálu existují odpovídající údaje. Tabulka technických parametrů umožňuje bezproblémové ovládání laserového řezacího zařízení i těm, kteří tuto technologii neznají.
Faktory hodnocení kvality řezání laserem
Existuje mnoho kritérií pro hodnocení kvality laserem řezaných hran. Standardy, jako jsou otřepy, deprese a zrno, lze posoudit pouhým okem; svislost, drsnost a šířku řezu je třeba měřit pomocí speciálních nástrojů. Usazování materiálu, koroze, tepelně ovlivněná oblast a deformace jsou také důležitými faktory pro měření kvality řezání laserem.
Široké vyhlídky
Pokračující úspěch řezání laserem přesahuje většinu ostatních společností. Tento trend pokračuje i dnes. V budoucnu budou vyhlídky na laserové řezání stále širší.
