LASERknipsel

Laser snijdenis een technologie die gebruik maakt van alaserom materialen te verdampen, wat resulteert in een snijkant.Hoewel het doorgaans wordt gebruikt voor industriële productietoepassingen, wordt het nu gebruikt door scholen, kleine bedrijven, architectuur en hobbyisten.Lasersnijdenwerkt door de output van een laser met hoog vermogen te richten, meestal via optica.Delaser optiekEnCNC(computer numerieke besturing) worden gebruikt om de laserstraal op het materiaal te richten.Een commerciële laser voor het snijden van materialen maakt gebruik van een bewegingscontrolesysteem om een ​​CNC- of CNC-machine te volgenG-codevan het patroon dat op het materiaal moet worden gesneden.De gefocusseerde laserstraal wordt op het materiaal gericht, dat vervolgens smelt, verbrandt, verdampt of wordt weggeblazen door een gasstraal. waardoor een rand ontstaat met een hoogwaardige oppervlakteafwerking.

Geschiedenis

In 1965 werd de eerste productie-lasersnijmachine gebruiktoefeninggaten erindiamant overlijdt.Deze machine is gemaakt door deWesters onderzoekscentrum voor elektrische engineering.In 1967 waren de Britten een pionier op het gebied van laserondersteund zuurstofstraalsnijden voor metalen.Begin jaren zeventig werd deze technologie in productie genomen om titanium te snijden voor ruimtevaarttoepassingen.Tegelijkertijd heeft CO₂lasers werden aangepast om niet-metalen te snijden, zoalstextiel, omdat CO destijds₂lasers waren niet krachtig genoeg om dewarmtegeleidingvan metalen.

Proces

De laserstraal wordt doorgaans met behulp van een hoogwaardige lens op het werkgebied gefocust.Dekwaliteit van de straalheeft een directe invloed op de scherpgestelde vlekgrootte.Het smalste deel van de gefocusseerde straal heeft doorgaans een diameter van minder dan 0,0125 inch (0,32 mm).Afhankelijk van de materiaaldikte,zaagsnedebreedtes zo klein als 0,004 inch (0,10 mm) zijn mogelijk. Om ergens anders dan de rand te kunnen beginnen met snijden, wordt vóór elke snede een pierce gedaan.Bij het doorboren wordt meestal gebruik gemaakt van een krachtige gepulseerde laserstraal die langzaam een ​​gat in het materiaal maakt, wat ongeveer 5 tot 15 seconden duurt voor een materiaal van 0,5 inch dik (13 mm).roestvrij staal, Bijvoorbeeld.

De parallelle stralen van coherent licht van de laserbron vallen vaak in het bereik tussen 0,06 en 0,08 inch (1,5 tot 2,0 mm) in diameter.Deze straal wordt normaal gesproken gefocusseerd en versterkt door een lens of een spiegel tot een zeer klein plekje van ongeveer 0,001 inch (0,025 mm) om een ​​zeer intense laserstraal te creëren.Om een ​​zo vloeiend mogelijke afwerking te bereiken tijdens het contoursnijden, moet de richting van de balk worden bepaaldpolarisatiemoet worden geroteerd terwijl het rond de omtrek van een voorgevormd werkstuk gaat.Voor het snijden van plaatmetaal is de brandpuntsafstand gewoonlijk 38-76 mm (1,5–3 inch).

Voordelen van lasersnijdenmechanisch snijdenomvatten gemakkelijker vasthouden van het werk en verminderde vervuiling van het werkstuk (aangezien er geen snijkant is die vervuild kan raken door het materiaal of het materiaal kan vervuilen).Precisie is mogelijk beter omdat de laserstraal tijdens het proces niet verslijt.Er is ook een kleinere kans dat het materiaal dat wordt gesneden kromtrekt, aangezien lasersystemen een kleine diameter hebbenhittebeïnvloede zone.Sommige materialen zijn ook zeer moeilijk of onmogelijk te snijden met meer traditionele middelen.

Lasersnijden van metalen heeft het voordeel ten opzichte van plasmasnijden dat het nauwkeuriger is en minder energie verbruikt bij het snijden van plaatmetaal;De meeste industriële lasers kunnen echter niet door de grotere metaaldikte heen snijden dan plasma.Nieuwere lasermachines die met een hoger vermogen werken (6000 watt, in tegenstelling tot de 1500 watt-vermogens van vroege lasersnijmachines) benaderen plasmamachines wat betreft hun vermogen om door dikke materialen te snijden, maar de kapitaalkosten van dergelijke machines zijn veel hoger dan die van plasmasnijmachines die dikke materialen zoals staalplaat kunnen snijden.

Soorten

Er zijn drie hoofdtypen lasers die worden gebruikt bij lasersnijden.DeCO2laseris geschikt voor snijden, kotteren en graveren.Deneodymium(Nd) en neodymiumyttrium-aluminium-granaat(Nd: YAG) lasers zijn qua stijl identiek en verschillen alleen in de toepassing.Nd wordt gebruikt voor kotteren en waar hoge energie maar weinig herhaling vereist is.De Nd:YAG-laser wordt gebruikt waar een zeer hoog vermogen nodig is en voor kotteren en graveren.Beide CO2en Nd/Nd:YAG-lasers kunnen hiervoor worden gebruiktlassen.

CO2lasers worden gewoonlijk "gepompt" door een stroom door het gasmengsel te sturen (DC-opgewekt) of door gebruik te maken van radiofrequentie-energie (RF-opgewekt).DeRF-methodeis nieuwer en populairder geworden.Omdat DC-ontwerpen elektroden in de holte vereisen, kunnen ze te maken krijgen met elektrode-erosie en platering van elektrodemateriaalglaswerkEnoptiek.Omdat RF-resonatoren externe elektroden hebben, zijn ze niet gevoelig voor deze problemen.CO2lasers worden gebruikt voor het industrieel snijden van vele materialen, waaronder titanium, roestvrij staal, zacht staal, aluminium, plastic, hout, bewerkt hout, was, stoffen en papier.YAG-lasers worden voornamelijk gebruikt voor het snijden en schrijven van metalen en keramiek.

Naast de stroombron kan ook het type gasstroom de prestaties beïnvloeden.Veel voorkomende varianten van CO2lasers omvatten snelle axiale stroming, langzame axiale stroming, dwarsstroming en plaat.In een snelle axiale stromingsresonator wordt het mengsel van kooldioxide, helium en stikstof met hoge snelheid gecirculeerd door een turbine of ventilator.Dwarsstroomlasers circuleren het gasmengsel met een lagere snelheid, waardoor een eenvoudiger ventilator nodig is.Plaat- of diffusiegekoelde resonatoren hebben een statisch gasveld waarvoor geen druk of glaswerk nodig is, wat leidt tot besparingen op vervangende turbines en glaswerk.

De lasergenerator en externe optiek (inclusief de focuslens) hebben koeling nodig.Afhankelijk van de systeemgrootte en -configuratie kan afvalwarmte worden overgedragen door een koelmiddel of rechtstreeks naar de lucht.Water is een veelgebruikt koelmiddel, dat meestal door een koelmachine of warmteoverdrachtssysteem circuleert.

Alaser microjetis een waterstraalgeleidelaserwaarbij een gepulseerde laserstraal wordt gekoppeld in een waterstraal onder lage druk.Dit wordt gebruikt om lasersnijfuncties uit te voeren terwijl de waterstraal wordt gebruikt om de laserstraal, net als een optische vezel, door totale interne reflectie te leiden.De voordelen hiervan zijn dat het water ook vuil verwijdert en het materiaal afkoelt.Bijkomende voordelen ten opzichte van traditioneel "droog" lasersnijden zijn de hoge parallelle snijsnelhedenzaagsnedeen omnidirectioneel snijden.

Vezellaserszijn een type vastestoflaser dat snel groeit binnen de metaalsnijindustrie.In tegenstelling tot CO₂Vezeltechnologie maakt gebruik van een vast versterkingsmedium, in tegenstelling tot een gas of vloeistof.De “zaadlaser” produceert de laserstraal en wordt vervolgens versterkt in een glasvezel.Met een golflengte van slechts 1064 nanometer produceren fiberlasers een extreem kleine vlekgrootte (tot 100 keer kleiner vergeleken met de CO₂) waardoor het ideaal is voor het snijden van reflecterend metaalmateriaal.Dit is een van de belangrijkste voordelen van glasvezel ten opzichte van CO₂.

De voordelen van een fiberlasersnijder zijn onder meer: ​​-

• Snelle verwerkingstijden.
• Lager energieverbruik en lagere rekeningen – dankzij grotere efficiëntie.
• Grotere betrouwbaarheid en prestaties - geen optica die hoeft te worden aangepast of uitgelijnd en geen lampen die moeten worden vervangen.
• Minimaal onderhoud.
• De mogelijkheid om sterk reflecterende materialen zoals koper en messing te verwerken
• Hogere productiviteit - lagere operationele kosten bieden een groter rendement op uw investering.

Methoden

Er zijn veel verschillende methoden om met lasers te snijden, waarbij verschillende typen worden gebruikt om verschillende materialen te snijden.Enkele van de methoden zijn verdamping, smelten en blazen, smelten en branden, thermische spanningsscheuren, krassen, koud snijden en brandend gestabiliseerd lasersnijden.

Verdamping snijden

Bij verdampingssnijden verwarmt de gefocusseerde straal het oppervlak van het materiaal tot een vlampunt en genereert een sleutelgat.Het sleutelgat leidt tot een plotselinge toename vanabsorptievermogenhet gat snel verdiepen.Naarmate het gat dieper wordt en het materiaal kookt, erodeert de gegenereerde damp de gesmolten wanden, waardoor de uitstoot naar buiten wordt geblazen en het gat verder wordt vergroot.Niet-smeltende materialen zoals hout, koolstof en thermohardende kunststoffen worden meestal op deze manier gesneden.

Smelt en blaas

Bij smelten en blazen of smeltsnijden wordt gas onder hoge druk gebruikt om gesmolten materiaal uit het snijgebied te blazen, waardoor het benodigde vermogen aanzienlijk wordt verminderd.Eerst wordt het materiaal verwarmd tot het smeltpunt, waarna een gasstraal het gesmolten materiaal uit de kerf blaast, waardoor de noodzaak wordt vermeden om de temperatuur van het materiaal verder te verhogen.Materialen die met dit proces worden gesneden, zijn meestal metalen.

Thermische spanningsscheuren

Brosse materialen zijn bijzonder gevoelig voor thermische breuk, een kenmerk dat wordt benut bij thermische spanningsscheuren.Een straal wordt op het oppervlak gericht en veroorzaakt plaatselijke verwarming en thermische uitzetting.Hierdoor ontstaat een scheur die vervolgens kan worden geleid door de balk te verplaatsen.De scheur kan worden verplaatst in de volgorde van m/s.Het wordt meestal gebruikt bij het snijden van glas.

Stealth in blokjes snijden van siliciumwafels

De scheiding vanmicro-elektronischchips zoals bereid infabricage van halfgeleiderapparatenvanSilicium wafelskan worden uitgevoerd door het zogenaamde stealth dicing-proces, dat werkt met een pulserende bewegingNd:YAG-laser, waarvan de golflengte (1064 nm) goed is aangepast aan de elektronicaband kloofvansilicium(1.11eVof 1117 nm).

Reactief snijden

Reactief snijden wordt ook wel "brandend gestabiliseerd lasergassnijden" en "vlamsnijden" genoemd.Reactief snijden lijkt op zuurstofbranden, maar dan met een laserstraal als ontstekingsbron.Meestal gebruikt voor het snijden van koolstofstaal met een dikte van meer dan 1 mm.Met dit proces kunnen zeer dikke staalplaten met relatief weinig laservermogen worden gesneden.