Lasery boli prvýkrát použité na rezanie v 70. rokoch minulého storočia. V modernej priemyselnej výrobe je rezanie laserom široko používané pri spracovaní plechov, plastov, skla, keramiky, polovodičov, textílií, dreva a papiera.
V najbližších rokoch výrazne vzrastie aj aplikácia laserového rezania v oblasti presného obrábania a mikroobrábania.
rezanie laserom
Keď zaostrený laserový lúč svieti na obrobok, ožiarená oblasť sa dramaticky zahrieva, aby sa materiál roztavil alebo odparil. Hneď ako laserový lúč prenikne do obrobku, začína sa proces rezania: Laserový lúč sa pohybuje pozdĺž obrysu pri tavení materiálu. Prúd vzduchu sa zvyčajne používa na odfúknutie taveniny od zárezu, pričom medzi rezanou časťou a držiakom dosky zostane úzka medzera, takmer taká široká ako zaostrený laserový lúč.
Rezanie plameňom
Rezanie kyslíkom je štandardný proces rezania mäkkej ocele s použitím kyslíka ako rezného plynu. Do rezu sa vháňa kyslík pod tlakom až 6 barov. Tam zahriaty kov reaguje s kyslíkom: začína sa spaľovanie a oxidácia. Chemická reakcia uvoľňuje veľké množstvo energie (až päťnásobok výkonu lasera), aby pomohla laserovému lúču pri rezaní.
obrázok
Obrázok 1 Laserový lúč roztaví obrobok a rezný plyn odfúkne roztavený materiál a trosku v reze
Rezanie taveniny
Tavné rezanie je ďalší štandardný proces používaný pri rezaní kovu. Môže sa použiť aj na rezanie iných taviteľných materiálov, ako je keramika.
Ako rezný plyn sa používa dusík alebo argón a cez rez sa vháňa plyn s tlakom 2-20 barov. Argón a dusík sú inertné plyny, čo znamená, že nereagujú s roztaveným kovom v reze, iba ho odfukujú smerom ku dnu. Inertný plyn môže súčasne chrániť reznú hranu pred oxidáciou vzduchom.
rezanie stlačeným vzduchom
Stlačený vzduch možno použiť aj na rezanie tenkých plechov. Vzduch stlačený na 5-6 bar je dostatočný na vyfúknutie roztaveného kovu z rezu. Pretože vzduch obsahuje takmer 80 percent dusíka, rezanie stlačeným vzduchom je v podstate tavné rezanie.
rezanie za pomoci plazmy
Ak sú parametre správne zvolené, v reznej záreze s pomocou plazmy sa objaví plazmový oblak. Plazmový oblak pozostáva z ionizovanej kovovej pary a ionizovaného rezného plynu. Plazmový oblak absorbuje energiu CO2 lasera a prenáša ju do obrobku, takže k obrobku sa pripojí viac energie a materiál sa rýchlejšie roztaví, čo má za následok vyššiu rýchlosť rezania. Preto sa tento proces rezania nazýva aj vysokorýchlostné rezanie plazmou.
Plazmové oblaky sú prakticky transparentné pre pevnolátkové lasery, takže na tavné rezanie pomocou plazmy možno použiť iba CO2 lasery.
obrázok
splyňovanie rezanie
Rezanie splyňovaním odparuje materiál, čím sa minimalizuje tepelný vplyv na okolité materiály. To sa dá dosiahnuť odparovaním nízkoteplotných, vysoko absorbujúcich materiálov, ako sú tenké plastové fólie, ako aj netaviacich sa materiálov, ako je drevo, papier, pena atď., pomocou nepretržitého spracovania CO2 laserom.
Lasery s ultrakrátkym impulzom umožňujú aplikovať túto techniku aj na iné materiály. Voľné elektróny v kove absorbujú laserové svetlo a prudko sa zahrievajú. Laserové impulzy nereagujú s roztavenými časticami a plazmou a materiál priamo sublimuje, takže nezostáva čas na prenos energie vo forme tepla do okolitých materiálov. Pikosekundové impulzy ablujú materiál bez výrazných tepelných účinkov, tavenia a tvorby otrepov.
obrázok
Obrázok 3 Rezanie splyňovaním: Laser odparí a spáli materiál. Tlak pary spôsobí, že troska vytečie z rezu
Parametre: Úprava procesu obrábania
Proces rezania laserom ovplyvňuje mnoho parametrov, z ktorých niektoré závisia od technického výkonu lasera a obrábacieho stroja, zatiaľ čo iné sa líšia.
stupeň polarizácie
Stupeň polarizácie udáva, aké percento laserového svetla sa premení. Typický stupeň polarizácie je okolo 90 percent. To je viac než dosť pre kvalitný strih.
ohniskový priemer
Ohniskový priemer ovplyvňuje šírku zárezu a ohniskový priemer je možné zmeniť zmenou ohniskovej vzdialenosti zaostrovacieho zrkadla. Menší ohniskový priemer znamená užší rez.
poloha zaostrenia
Poloha zaostrenia určuje priemer lúča a hustotu výkonu na povrchu obrobku, ako aj tvar rezu.
obrázok
Obrázok 4 Poloha zaostrenia: vnútri obrobku, na povrchu obrobku a nad obrobkom
výkon lasera
Výkon lasera by mal zodpovedať typu spracovania, typu materiálu a hrúbke. Výkon musí byť dostatočne vysoký, aby hustota výkonu na obrobku prekročila prah obrábania.
obrázok
Obrázok 5 Vyšší výkon lasera môže rezať hrubšie materiály
Prevádzkový režim
Kontinuálny režim sa používa hlavne na rezanie štandardných profilov z kovu a plastov v milimetrových až centimetrových veľkostiach. Na roztavenie perforácií alebo vytvorenie presných kontúr sa používajú nízkofrekvenčné pulzné lasery.
rýchlosť rezania
Výkon lasera a rýchlosť rezania sa musia navzájom zhodovať. Príliš rýchle alebo príliš pomalé rezné rýchlosti budú mať za následok zvýšenú drsnosť a tvorbu otrepov.
obrázok
Obrázok 6 Rýchlosť rezania klesá so zvyšujúcou sa hrúbkou plechu
Priemer dýzy
Priemer dýzy určuje rýchlosť prúdenia a tvar prúdu plynu z dýzy. Čím je materiál hrubší, tým väčší je priemer prúdu plynu a teda aj priemer otvoru dýzy.
Čistota plynu a barometrický tlak
Ako rezné plyny sa často používajú kyslík a dusík. Čistota a tlak plynu ovplyvňujú rezný efekt.
Pri rezaní kyslíkom a palivom sa vyžaduje čistota plynu 99,95 percent. Čím je oceľový plech hrubší, tým nižší je tlak plynu.
Tavné rezanie dusíkom vyžaduje čistotu plynu 99,995 percenta (ideálne 99,999 percenta) a na tavné rezanie hrubších oceľových plechov sú potrebné vyššie tlaky plynu.
Technický list
V začiatkoch rezania laserom si museli používatelia sami rozhodnúť o nastavení parametrov spracovania prostredníctvom skúšobnej prevádzky. Dobre nastavené parametre spracovania sú teraz uložené v riadiacej jednotke rezacieho systému. Pre každý typ materiálu a hrúbku existujú zodpovedajúce údaje. Technický list umožňuje bezproblémovú prevádzku laserového rezacieho zariadenia aj tým, ktorí túto technológiu nepoznajú.
Faktory hodnotenia kvality rezania laserom
Existuje mnoho kritérií na posúdenie kvality laserom vyrezanej hrany. Normy, ako je otrepaná forma, depresia a textúra, sa dajú posúdiť voľným okom; zvislosť, drsnosť a šírku rezu atď. je potrebné merať špeciálnymi prístrojmi. Usadzovanie materiálu, korózia, tepelne ovplyvnená zóna a deformácia sú tiež dôležité faktory na meranie kvality rezania laserom.
