Лазерлік кесу - бұл материалдарды булану үшін лазерді қолданатын технология, нәтижесінде жиегі кесіледі.Әдетте өнеркәсіптік өндіріс қолданбалары үшін пайдаланылғанымен, оны қазір мектептер, шағын бизнес, сәулет және әуесқойлар пайдаланады.Лазерлік кесу жоғары қуатты лазердің шығысын көбінесе оптика арқылы бағыттау арқылы жұмыс істейді.Лазер сәулесін материалға бағыттау үшін лазерлік оптика және CNC (компьютерлік сандық басқару) қолданылады.Материалдарды кесуге арналған коммерциялық лазер материалға кесілетін үлгінің CNC немесе G-кодын орындау үшін қозғалысты басқару жүйесін пайдаланады.Фокусталған лазер сәулесі материалға бағытталған, содан кейін ол ериді, жанып кетеді, буланады немесе газ ағынымен ұшып кетеді[1], бетінің жоғары сапалы әрлеуі бар жиегін қалдырады.
Тарих
1965 жылы бірінші өндірістік лазерлік кескіш гауһар тастардағы саңылауларды бұрғылау үшін қолданылды.Бұл машинаны Батыс электротехника ғылыми-зерттеу орталығы жасаған.[3]1967 жылы британдықтар металдар үшін лазерлік оттегі ағынымен кесуді бастады.[4]1970 жылдардың басында бұл технология аэроғарыштық қолданбалар үшін титанды кесу үшін өндіріске енгізілді.Сонымен бірге СО2 лазерлері тоқыма бұйымдары сияқты бейметалдарды кесуге бейімделді, өйткені сол кезде СО2 лазерлері металдардың жылу өткізгіштігін жеңу үшін жеткілікті күшті болмады.[5]
Процесс
CNC интерфейсі арқылы бағдарламаланған кесу нұсқаулары бар болатты өнеркәсіптік лазерлік кесу
Лазер сәулесі әдетте жұмыс аймағына жоғары сапалы линзаны пайдалану арқылы бағытталған.Сәуленің сапасы бағытталған нүкте өлшеміне тікелей әсер етеді.Фокусталған сәуленің ең тар бөлігі әдетте диаметрі 0,0125 дюймден (0,32 мм) аз.Материалдың қалыңдығына байланысты 0,004 дюймге (0,10 мм) дейінгі керф ені мүмкін.[6]Кесуді шетінен басқа жерден бастау үшін әр кесудің алдында тесу жасалады.Пирсинг әдетте, мысалы, қалыңдығы 0,5 дюймдік (13 мм) тот баспайтын болат үшін шамамен 5-15 секундты алатын материалда баяу тесік жасайтын жоғары қуатты импульстік лазер сәулесін қамтиды.
Лазер көзінен когерентті жарықтың параллель сәулелері жиі диаметрі 0,06–0,08 дюйм (1,5–2,0 мм) аралығында болады.Бұл сәуле әдетте өте қарқынды лазер сәулесін жасау үшін линза немесе айна арқылы шамамен 0,001 дюйм (0,025 мм) өте кішкентай нүктеге бағытталған және күшейтіледі.Контурды кесу кезінде мүмкіндігінше тегіс аяқталуға қол жеткізу үшін сәуленің поляризациясының бағыты контурланған дайындаманың шеткі бөлігін айналып өтуі керек.Металл қаңылтырды кесу үшін фокустық қашықтық әдетте 1,5–3 дюймді (38–76 мм) құрайды.[7]
Механикалық кесуге қарағанда лазерлік кесудің артықшылығы жұмысты жеңілдетуді және дайындаманың ластануын азайтуды қамтиды (себебі материалмен ластанатын немесе материалды ластайтын кесу жиегі жоқ).Дәлдік жақсырақ болуы мүмкін, себебі лазер сәулесі процесс кезінде тозбайды.Сондай-ақ, кесіліп жатқан материалдың деформациялану мүмкіндігі азаяды, өйткені лазерлік жүйелерде жылу әсер ететін шағын аймақ бар.[8]Кейбір материалдарды дәстүрлі құралдармен кесу өте қиын немесе мүмкін емес.
Металдарды лазерлік кесу плазмалық кесуге қарағанда дәлірек[9] және қаңылтыр кесу кезінде аз энергияны пайдаланудың артықшылықтарына ие;дегенмен, көптеген өнеркәсіптік лазерлер плазмадағыдай үлкен металл қалыңдығын кесіп өте алмайды.Жоғары қуатта жұмыс істейтін жаңа лазерлік машиналар (6000 ватт, ерте лазерлік кесу машиналарының 1500 ватт рейтингтерінен айырмашылығы) қалың материалдарды кесу қабілеті бойынша плазмалық машиналарға жақындап келеді, бірақ мұндай машиналардың күрделі құны плазмаға қарағанда әлдеқайда жоғары. болат табақ тәрізді қалың материалдарды кесуге қабілетті кескіш станоктар.[10]
Түрлері
4000 ватт CO2 лазерлік кескіш
Лазерлік кесуде қолданылатын лазерлердің үш негізгі түрі бар.CO2 лазері кесуге, бұрғылауға және оюға арналған.Неодим (Nd) және неодим иттрий-алюминий-гранат (Nd:YAG) лазерлері стилі бойынша бірдей және тек қолдану жағынан ерекшеленеді.Nd жалықтыру үшін және жоғары энергия, бірақ қайталау аз қажет болған жерлерде қолданылады.Nd:YAG лазері өте жоғары қуат қажет жерде және скучно және гравировка үшін қолданылады.Дәнекерлеу үшін CO2 және Nd/Nd:YAG лазерлерін пайдалануға болады.[11]
CO2 лазерлері әдетте газ қоспасы арқылы ток өткізу арқылы (тұрақты тоқпен қоздырылған) немесе радиожиілік энергиясын (РЖ-қозған) пайдалану арқылы «сорылады».РЖ әдісі жаңа және танымал болды.Тұрақты ток конструкциялары электродтарды қуыстың ішінде қажет ететіндіктен, олар электрод эрозиясы мен электрод материалының шыны ыдыстар мен оптикада қапталуына тап болуы мүмкін.РЖ резонаторларында сыртқы электродтар болғандықтан, олар мұндай мәселелерге бейім емес.CO2 лазерлері титан, тот баспайтын болат, жұмсақ болат, алюминий, пластик, ағаш, инженерлік ағаш, балауыз, маталар және қағаз сияқты көптеген материалдарды өнеркәсіптік кесу үшін қолданылады.YAG лазерлері негізінен металдар мен керамикалық бұйымдарды кесу және сызу үшін қолданылады.[12]
Қуат көзінен басқа, газ ағынының түрі өнімділікке де әсер етуі мүмкін.CO2 лазерлерінің кең таралған нұсқаларына жылдам осьтік ағын, баяу осьтік ағын, көлденең ағын және плита жатады.Жылдам осьтік ағынды резонаторда көміртегі диоксиді, гелий және азот қоспасы турбина немесе үрлегіш арқылы жоғары жылдамдықпен айналады.Көлденең ағынды лазерлер газ қоспасын төменірек жылдамдықпен айналдырады, бұл қарапайым үрлеуді қажет етеді.Плиталық немесе диффузиялық салқындатылған резонаторларда қысымды немесе шыны ыдыстарды қажет етпейтін статикалық газ өрісі бар, бұл ауыстыру турбиналар мен шыны ыдыстарды үнемдеуге әкеледі.
Лазерлік генератор және сыртқы оптика (фокусты қоса алғанда) салқындатуды қажет етеді.Жүйе өлшеміне және конфигурациясына байланысты қалдық жылу салқындатқышпен немесе тікелей ауаға тасымалданады.Су әдетте салқындатқыш немесе жылу тасымалдағыш жүйесі арқылы айналатын жиі қолданылатын салқындатқыш болып табылады.
laser microjet – импульстік лазер сәулесі төмен қысымды су ағынына қосылған су ағынымен басқарылатын лазер.Бұл оптикалық талшық сияқты, толық ішкі шағылысу арқылы лазер сәулесін бағыттау үшін су ағынын пайдалану кезінде лазерлік кесу функцияларын орындау үшін қолданылады.Мұның артықшылығы - су сонымен қатар қоқысты кетіреді және материалды салқындатады.Дәстүрлі «құрғақ» лазерлік кесуге қарағанда қосымша артықшылықтар жоғары кесу жылдамдығы, параллель кесу және жан-жақты кесу болып табылады.[13]
Талшықты лазерлер металл кесу өнеркәсібінде тез дамып келе жатқан қатты күйдегі лазердің бір түрі болып табылады.CO2-ден айырмашылығы, Fiber технологиясы газға немесе сұйықтыққа қарағанда қатты күшейту ортасын пайдаланады.«Тұқым лазері» лазер сәулесін шығарады және содан кейін шыны талшық ішінде күшейтіледі.Толқын ұзындығы небәрі 1064 нанометр болатын талшықты лазерлер өте кішкентай нүкте өлшемін шығарады (СО2-мен салыстырғанда 100 есеге дейін аз), бұл оны шағылыстыратын металл материалды кесуге өте ыңғайлы етеді.Бұл СО2-мен салыстырғанда талшықтың негізгі артықшылықтарының бірі.[14]
Талшықты лазерлік кескіштің артықшылықтары мыналарды қамтиды: -
Жылдам өңдеу уақыттары.
Қуатты тұтынуды және шоттарды азайту – жоғары тиімділіктің арқасында.
Жоғары сенімділік пен өнімділік – реттеуге немесе туралауға оптика және ауыстыруға шамдар жоқ.
Минималды техникалық қызмет көрсету.
Мыс және жез сияқты шағылыстырғыштығы жоғары материалдарды өңдеу мүмкіндігі
Жоғары өнімділік – төмен операциялық шығындар инвестицияңыздан үлкен пайда әкеледі.[15]
Әдістері
Лазермен кесудің көптеген әдістері бар, олардың әртүрлі түрлері әртүрлі материалдарды кесу үшін қолданылады.Кейбір әдістерге булану, балқыту және үрлеу, балқыту және күйдіру, термиялық кернеулі крекинг, сызу, суық кесу және күйдіру тұрақтандырылған лазерлік кесу жатады.
Буландыруды кесу
Буландыруды кесу кезінде фокусталған сәуле материалдың бетін тұтану нүктесіне дейін қыздырады және кілттік тесік жасайды.Кілттік саңылау саңылауды тез тереңдететін сіңіргіштіктің кенеттен жоғарылауына әкеледі.Шұңқыр тереңдеп, материал қайнаған сайын, пайда болған бу балқыған қабырғаларды тоздырып, сыртқа шығып, тесікті одан әрі үлкейтеді.Ағаш, көміртекті және термосеталық пластмассалар сияқты балқымайтын материалдар әдетте осы әдіспен кесіледі.
Балқытып, үрлеңіз
Балқыту және үрлеу немесе балқытып кесу кесу аймағынан балқытылған материалды үрлеу үшін жоғары қысымды газды пайдаланады, бұл қуат қажеттілігін айтарлықтай төмендетеді.Алдымен материал балқу температурасына дейін қызады, содан кейін газ ағыны материалдың температурасын одан әрі көтеру қажеттілігін болдырмай, балқытылған материалды керфтен шығарады.Бұл процесте кесілген материалдар әдетте металдар болып табылады.
Термиялық кернеулі крекинг
Сынғыш материалдар термиялық сынуға әсіресе сезімтал, бұл функция термиялық кернеулі крекингте қолданылады.Сәуле локализацияланған қыздыру мен термиялық кеңеюді тудыратын бетке бағытталған.Бұл кейіннен сәулені жылжыту арқылы басқарылатын жарықшаққа әкеледі.Жарықты м/с ретімен жылжытуға болады.Ол әдетте шыны кесу үшін қолданылады.
Кремний пластинкаларын жасырын кесу
Қосымша ақпарат: Вафельді кесу
Жартылай өткізгішті құрылғыларды жасау кезінде дайындалған микроэлектрондық чиптерді кремний пластинкаларынан бөлу толқын ұзындығы (1064 нм) электроникаға жақсы бейімделген импульстік Nd: YAG лазерімен жұмыс істейтін жасырын кесу процесі арқылы жүзеге асырылуы мүмкін. кремнийдің жолақ аралығы (1,11 эВ немесе 1117 нм).
Реактивті кесу
Сондай-ақ «жану тұрақтандырылған лазерлік газбен кесу», «жалынмен кесу» деп аталады.Реактивті кесу оттегі алауын кесу сияқты, бірақ тұтану көзі ретінде лазер сәулесі бар.Көбінесе қалыңдығы 1 мм-ден асатын көміртекті болатты кесу үшін қолданылады.Бұл процесті салыстырмалы түрде аз лазерлік қуаты бар өте қалың болат табақтарды кесу үшін пайдалануға болады.
Төзімділік және бетті өңдеу
Лазерлік кескіштердің орналасу дәлдігі 10 микрометр және қайталану мүмкіндігі 5 микрометр.[цитата қажет]
Стандартты кедір-бұдырлық Rz парақ қалыңдығына қарай артады, бірақ лазер қуаты мен кесу жылдамдығына қарай азаяды.Лазер қуаты 800 Вт төмен көміртекті болатты кесу кезінде стандартты кедір-бұдырлық Rz 1 мм парақ қалыңдығы үшін 10 мкм, 3 мм үшін 20 мкм, 6 мм үшін 25 мкм болады.
{\ displaystyle Rz = {\ frac {12,528 \ cdot S ^ {0,542}} {P ^ {0,528} \ cdot V ^ {0,322}}}} {\ displaystyle Rz = {\ frac {12,528 \ cdot S ^ {0,542 }}{P^{0,528}\cdot V^{0,322}}}}
Мұндағы: {\displaystyle S=}S= болат қаңылтырының қалыңдығы мм;{\displaystyle P=}P= кВт-тағы лазер қуаты (кейбір жаңа лазерлік кескіштердің лазерлік қуаты 4 кВт);{\displaystyle V=}V= минутына метрдегі кесу жылдамдығы.[16]
Бұл процесс өте жақын, көбінесе 0,001 дюйм (0,025 мм) шегінде болатын рұқсаттарды ұстай алады.Бөлшектердің геометриясы және машинаның механикалық беріктігі төзімділік мүмкіндіктерімен көп байланысты.Лазерлік сәулені кесу нәтижесінде пайда болатын әдеттегі бетті өңдеу 125-тен 250 микродюймге дейін (0,003 мм-ден 0,006 мм-ге дейін) болуы мүмкін.[11]
Машина конфигурациялары
Қос паллет ұшатын оптикалық лазер
Ұшатын оптикалық лазер басы
Өнеркәсіптік лазерлік кесу станоктарының әдетте үш түрлі конфигурациясы бар: қозғалатын материал, гибридті және ұшатын оптикалық жүйелер.Бұл лазер сәулесінің кесілетін немесе өңделетін материалдың үстінен қозғалу жолын білдіреді.Бұлардың барлығы үшін қозғалыс осі әдетте X және Y осі болып белгіленеді.Егер кесу басын басқаруға болатын болса, ол Z осі ретінде белгіленеді.
Қозғалатын материалды лазерлерде стационарлық кесу басы бар және оның астында материалды жылжытады.Бұл әдіс лазерлік генератордан дайындамаға дейінгі тұрақты қашықтықты және кесу ағындысын кетіретін бір нүктені қамтамасыз етеді.Ол азырақ оптиканы қажет етеді, бірақ дайындаманы жылжытуды қажет етеді.Бұл стильді машинада ең аз сәуле жеткізу оптикасы бар, бірақ сонымен бірге ең баяу болады.
Гибридті лазерлер бір осьте (әдетте X осі) қозғалатын және басын қысқа (Y) осі бойымен жылжытатын кестені қамтамасыз етеді.Бұл ұшатын оптикалық машинаға қарағанда тұрақты сәулені жеткізу жолының ұзындығына әкеледі және сәулені жеткізудің қарапайым жүйесіне мүмкіндік береді.Бұл ұшатын оптикалық машиналарға қарағанда жеткізу жүйесіндегі қуаттың жоғалуын азайтуға және бір ваттқа көбірек сыйымдылыққа әкелуі мүмкін.
Ұшатын оптикалық лазерлерде көлденең өлшемдердің екеуінде де дайындаманың үстінде қозғалатын стационарлық үстел және кесу басы (лазер сәулесі бар) бар.Ұшатын оптикалық кескіштер өңдеу кезінде дайындаманы қозғалтпайды және жиі материалды қысуды қажет етпейді.Қозғалатын масса тұрақты, сондықтан дайындаманың әртүрлі өлшемдері динамикаға әсер етпейді.Ұшатын оптикалық машиналар ең жылдам түрі болып табылады, бұл жұқа дайындамаларды кесу кезінде тиімді.[17]
Ұшатын оптикалық машиналар жақын өрістен (резонаторға жақын) кесуден алыс өріске (резонатордан алыс) кесу кезінде өзгеретін сәуленің ұзындығын есепке алу үшін қандай да бір әдісті қолдануы керек.Мұны басқарудың жалпы әдістеріне коллимация, адаптивті оптика немесе тұрақты сәуле ұзындығы осін пайдалану жатады.
Бес және алты осьті станоктар дайын дайындаманы кесуге мүмкіндік береді.Сонымен қатар, лазер сәулесін пішінді дайындамаға бағыттаудың әртүрлі әдістері бар, дұрыс фокус қашықтығы мен саптаманың тұғырын сақтау және т.б.
Импульстік
Қысқа уақыт ішінде жоғары қуатты энергияның жарылуын қамтамасыз ететін импульстік лазерлер кейбір лазерлік кесу процестерінде, әсіресе тесу үшін немесе өте кішкентай тесіктер немесе өте төмен кесу жылдамдығы қажет болғанда өте тиімді, өйткені тұрақты лазер сәулесі пайдаланылған болса, жылу кесіліп жатқан бүкіл бөлікті балқыту нүктесіне жетуі мүмкін.
Өнеркәсіптік лазерлердің көпшілігінде NC (сандық басқару) бағдарламасының басқаруымен CW (үздіксіз толқын) импульсі немесе кесу мүмкіндігі бар.
Қос импульстік лазерлер материалды кетіру жылдамдығын және саңылаулардың сапасын жақсарту үшін импульстік жұптар сериясын пайдаланады.Негізінде, бірінші импульс материалды бетінен алып тастайды, ал екіншісі шығарындының тесік немесе кесу жағына жабысып қалуына жол бермейді.[18]
Жіберу уақыты: 2022 жылдың 16 маусымы