Κοπή με λέιζερείναι μια τεχνολογία που χρησιμοποιεί αλέιζεργια την εξάτμιση των υλικών, με αποτέλεσμα μια κομμένη άκρη.Ενώ χρησιμοποιείται συνήθως για εφαρμογές βιομηχανικής κατασκευής, τώρα χρησιμοποιείται από σχολεία, μικρές επιχειρήσεις, αρχιτεκτονική και χομπίστες.Λέιζερτομήλειτουργεί κατευθύνοντας την έξοδο ενός λέιζερ υψηλής ισχύος συνήθως μέσω οπτικών.οοπτική λέιζερκαιCNC(αριθμητικός έλεγχος υπολογιστή) χρησιμοποιούνται για να κατευθύνουν τη δέσμη λέιζερ στο υλικό.Ένα εμπορικό λέιζερ για την κοπή υλικών χρησιμοποιεί ένα σύστημα ελέγχου κίνησης για να ακολουθήσει ένα CNC ήG-codeτου σχεδίου που θα κοπεί στο υλικό.Η εστιασμένη δέσμη λέιζερ κατευθύνεται στο υλικό, το οποίο στη συνέχεια είτε λιώνει, καίγεται, εξατμίζεται, είτε διοχετεύεται από έναν πίδακα αερίου, αφήνοντας μια άκρη με φινίρισμα επιφάνειας υψηλής ποιότητας.
Ιστορία
Το 1965 χρησιμοποιήθηκε η πρώτη μηχανή κοπής λέιζερ παραγωγήςτρυπάνιτρύπες μέσαδιαμάντι πεθαίνει.Αυτό το μηχάνημα κατασκευάστηκε από τονΚέντρο Ερευνών Δυτικής Ηλεκτρικής Μηχανικής.Το 1967, οι Βρετανοί πρωτοστάτησαν στην κοπή με πίδακα οξυγόνου με τη βοήθεια λέιζερ για μέταλλα.Στις αρχές της δεκαετίας του 1970, αυτή η τεχνολογία τέθηκε σε παραγωγή για την κοπή τιτανίου για αεροδιαστημικές εφαρμογές.Παράλληλα, η CO2Τα λέιζερ προσαρμόστηκαν για να κόβουν αμέταλλα, όπως π.χκλωστοϋφαντουργικά προϊόντα, διότι, τότε, η CO2Τα λέιζερ δεν ήταν αρκετά ισχυρά για να ξεπεράσουν τοθερμική αγωγιμότητατων μετάλλων.
Επεξεργάζομαι, διαδικασία
Η δέσμη λέιζερ εστιάζει γενικά χρησιμοποιώντας φακό υψηλής ποιότητας στη ζώνη εργασίας.οποιότητα της δοκούέχει άμεσο αντίκτυπο στο μέγεθος του εστιασμένου σημείου.Το στενότερο τμήμα της εστιασμένης δέσμης είναι γενικά λιγότερο από 0,0125 ίντσες (0,32 mm) σε διάμετρο.Ανάλογα με το πάχος του υλικού,εντομή πριονίουείναι δυνατά πλάτη τόσο μικρά όσο 0,004 ίντσες (0,10 mm). Για να μπορέσετε να ξεκινήσετε το κόψιμο από κάπου άλλο εκτός από την άκρη, γίνεται τρύπημα πριν από κάθε κόψιμο.Το τρύπημα συνήθως περιλαμβάνει μια υψηλής ισχύος παλμική δέσμη λέιζερ που κάνει αργά μια τρύπα στο υλικό, που διαρκεί περίπου 5–15 δευτερόλεπτα για πάχος 0,5 ίντσας (13 mm).ανοξείδωτο ατσάλι, για παράδειγμα.
Οι παράλληλες ακτίνες συνεκτικού φωτός από την πηγή λέιζερ συχνά πέφτουν στην περιοχή μεταξύ 0,06-0,08 ίντσες (1,5-2,0 mm) σε διάμετρο.Αυτή η δέσμη συνήθως εστιάζεται και εντείνεται από έναν φακό ή έναν καθρέφτη σε ένα πολύ μικρό σημείο περίπου 0,001 ιντσών (0,025 mm) για να δημιουργήσει μια πολύ έντονη δέσμη λέιζερ.Για να επιτευχθεί το ομαλότερο δυνατό φινίρισμα κατά την κοπή περιγράμματος, η κατεύθυνση της δοκούπόλωσηπρέπει να περιστρέφεται καθώς περιστρέφεται γύρω από την περιφέρεια ενός διαμορφωμένου τεμαχίου εργασίας.Για την κοπή λαμαρίνας, η εστιακή απόσταση είναι συνήθως 1,5–3 ίντσες (38–76 mm).
Πλεονεκτήματα της κοπής με λέιζερμηχανική κοπήπεριλαμβάνουν ευκολότερο κράτημα εργασίας και μειωμένη μόλυνση του τεμαχίου εργασίας (καθώς δεν υπάρχει κοπτική άκρη που μπορεί να μολυνθεί από το υλικό ή να μολύνει το υλικό).Η ακρίβεια μπορεί να είναι καλύτερη αφού η δέσμη λέιζερ δεν φθείρεται κατά τη διάρκεια της διαδικασίας.Υπάρχει επίσης μειωμένη πιθανότητα παραμόρφωσης του υλικού που κόβεται, καθώς τα συστήματα λέιζερ έχουν μικρόζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα.Ορισμένα υλικά είναι επίσης πολύ δύσκολο ή αδύνατο να κοπούν με πιο παραδοσιακά μέσα.
Η κοπή μετάλλων με λέιζερ έχει το πλεονέκτημα έναντι της κοπής με πλάσμα ότι είναι πιο ακριβής και χρησιμοποιεί λιγότερη ενέργεια κατά την κοπή λαμαρίνας.Ωστόσο, τα περισσότερα βιομηχανικά λέιζερ δεν μπορούν να κόψουν το μεγαλύτερο πάχος μετάλλου από το πλάσμα.Οι νεότερες μηχανές λέιζερ που λειτουργούν με υψηλότερη ισχύ (6000 watt, σε αντίθεση με τις ονομασίες 1500 watt των πρώιμων μηχανών κοπής λέιζερ) προσεγγίζουν τις μηχανές πλάσματος στην ικανότητά τους να κόβουν χοντρά υλικά, αλλά το κεφαλαιουχικό κόστος τέτοιων μηχανών είναι πολύ υψηλότερο από αυτό του μηχανές κοπής πλάσματος ικανές να κόβουν χοντρά υλικά όπως χαλύβδινη πλάκα.
Τύποι
Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι λέιζερ που χρησιμοποιούνται στην κοπή με λέιζερ.οCO2λέιζερείναι κατάλληλο για κοπή, διάτρηση και χάραξη.ονεοδύμιο(Νδ) και νεοδύμιούττριο-αλουμίνιο-γρανάτης(Nd:YAG) τα λέιζερ έχουν το ίδιο στυλ και διαφέρουν μόνο στην εφαρμογή.Το Nd χρησιμοποιείται για βαρετό και όπου απαιτείται υψηλή ενέργεια αλλά χαμηλή επανάληψη.Το λέιζερ Nd:YAG χρησιμοποιείται όπου απαιτείται πολύ υψηλή ισχύς και για τρύπημα και χάραξη.Και οι δύο CO2και τα λέιζερ Nd/Nd:YAG μπορούν να χρησιμοποιηθούν γιασυγκόλληση.
CO2Τα λέιζερ συνήθως «αντλούνται» περνώντας ένα ρεύμα μέσα από το μείγμα αερίων (διεγερμένο με συνεχές ρεύμα) ή χρησιμοποιώντας ενέργεια ραδιοσυχνοτήτων (διεγερμένο με RF).οΜέθοδος RFείναι νεότερο και έχει γίνει πιο δημοφιλές.Δεδομένου ότι τα σχέδια συνεχούς ρεύματος απαιτούν ηλεκτρόδια μέσα στην κοιλότητα, μπορούν να αντιμετωπίσουν διάβρωση ηλεκτροδίων και επίστρωση υλικού ηλεκτροδίου στογυάλινα σκεύηκαιοπτική.Δεδομένου ότι οι συντονιστές ραδιοσυχνοτήτων έχουν εξωτερικά ηλεκτρόδια, δεν είναι επιρρεπείς σε αυτά τα προβλήματα.CO2Τα λέιζερ χρησιμοποιούνται για τη βιομηχανική κοπή πολλών υλικών, όπως τιτάνιο, ανοξείδωτο χάλυβα, μαλακό χάλυβα, αλουμίνιο, πλαστικό, ξύλο, κατασκευασμένο ξύλο, κερί, υφάσματα και χαρτί.Τα λέιζερ YAG χρησιμοποιούνται κυρίως για κοπή και χάραξη μετάλλων και κεραμικών.
Εκτός από την πηγή ενέργειας, ο τύπος της ροής αερίου μπορεί επίσης να επηρεάσει την απόδοση.Κοινές παραλλαγές του CO2Τα λέιζερ περιλαμβάνουν γρήγορη αξονική ροή, αργή αξονική ροή, εγκάρσια ροή και πλάκα.Σε έναν συντονιστή ταχείας αξονικής ροής, το μείγμα διοξειδίου του άνθρακα, ηλίου και αζώτου κυκλοφορεί με υψηλή ταχύτητα από έναν στρόβιλο ή έναν φυσητήρα.Τα λέιζερ εγκάρσιας ροής κυκλοφορούν το μείγμα αερίων με χαμηλότερη ταχύτητα, απαιτώντας έναν απλούστερο φυσητήρα.Οι συντονιστές πλάκας ή ψύξης με διάχυση έχουν ένα στατικό πεδίο αερίου που δεν απαιτεί πίεση ή γυάλινα σκεύη, με αποτέλεσμα να εξοικονομούνται οι ανταλλακτικοί στρόβιλοι και τα γυάλινα σκεύη.
Η γεννήτρια λέιζερ και τα εξωτερικά οπτικά (συμπεριλαμβανομένου του φακού εστίασης) απαιτούν ψύξη.Ανάλογα με το μέγεθος και τη διαμόρφωση του συστήματος, η απορριπτόμενη θερμότητα μπορεί να μεταφερθεί από ένα ψυκτικό ή απευθείας στον αέρα.Το νερό είναι ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο ψυκτικό υγρό, που συνήθως κυκλοφορεί μέσω ενός ψυκτικού συγκροτήματος ή ενός συστήματος μεταφοράς θερμότητας.
ΕΝΑmicrojet λέιζερείναι ένας πίδακας νερού που καθοδηγείταιλέιζερστην οποία μια παλμική δέσμη λέιζερ συνδέεται με πίδακα νερού χαμηλής πίεσης.Χρησιμοποιείται για την εκτέλεση λειτουργιών κοπής με λέιζερ ενώ χρησιμοποιείται ο πίδακας νερού για την καθοδήγηση της δέσμης λέιζερ, όπως μια οπτική ίνα, μέσω της συνολικής εσωτερικής ανάκλασης.Τα πλεονεκτήματα αυτού είναι ότι το νερό αφαιρεί επίσης τα υπολείμματα και ψύχει το υλικό.Πρόσθετα πλεονεκτήματα σε σχέση με την παραδοσιακή "στεγνή" κοπή με λέιζερ είναι οι υψηλές ταχύτητες κοπής σε κύβους, παράλληλαεντομή πριονίου, και πανκατευθυντική κοπή.
Λέιζερ ινώνείναι ένας τύπος λέιζερ στερεάς κατάστασης που αναπτύσσεται ταχέως στη βιομηχανία κοπής μετάλλων.Σε αντίθεση με την CO2, Η τεχνολογία ινών χρησιμοποιεί ένα στερεό μέσο κέρδους, σε αντίθεση με ένα αέριο ή υγρό.Το «λέιζερ σπόρων» παράγει τη δέσμη λέιζερ και στη συνέχεια ενισχύεται μέσα σε μια ίνα γυαλιού.Με μήκος κύματος μόνο 1064 νανόμετρα, τα λέιζερ ινών παράγουν ένα εξαιρετικά μικρό μέγεθος κηλίδας (έως και 100 φορές μικρότερο σε σύγκριση με το CO2) καθιστώντας το ιδανικό για την κοπή ανακλαστικού μεταλλικού υλικού.Αυτό είναι ένα από τα κύρια πλεονεκτήματα των ινών σε σύγκριση με το CO2.
Τα οφέλη του κόφτη λέιζερ ινών περιλαμβάνουν:
- Γρήγοροι χρόνοι επεξεργασίας.
- Μειωμένη κατανάλωση ενέργειας και λογαριασμοί – λόγω μεγαλύτερης απόδοσης.
- Μεγαλύτερη αξιοπιστία και απόδοση - χωρίς οπτική ρύθμιση ή ευθυγράμμιση και χωρίς λαμπτήρες για αντικατάσταση.
- Ελάχιστη συντήρηση.
- Η ικανότητα επεξεργασίας υλικών υψηλής ανακλαστικότητας όπως ο χαλκός και ο ορείχαλκος
- Υψηλότερη παραγωγικότητα - το χαμηλότερο λειτουργικό κόστος προσφέρει μεγαλύτερη απόδοση της επένδυσής σας.
Μέθοδοι
Υπάρχουν πολλές διαφορετικές μέθοδοι κοπής με χρήση λέιζερ, με διαφορετικούς τύπους που χρησιμοποιούνται για την κοπή διαφορετικών υλικών.Μερικές από τις μεθόδους είναι η εξάτμιση, το τήγμα και το φύσημα, το εμφύσημα τήξης και το κάψιμο, η πυρόλυση θερμικής καταπόνησης, η κοπή, η κρύα κοπή και η σταθεροποιημένη κοπή με λέιζερ με καύση.
Κοπή εξάτμισης
Στην κοπή με εξάτμιση, η εστιασμένη δέσμη θερμαίνει την επιφάνεια του υλικού σε σημείο ανάφλεξης και δημιουργεί μια κλειδαρότρυπα.Η κλειδαρότρυπα οδηγεί σε απότομη αύξησηαπορροφητικότηταβαθαίνει γρήγορα την τρύπα.Καθώς η τρύπα βαθαίνει και το υλικό βράζει, ο ατμός που δημιουργείται διαβρώνει τα λιωμένα τοιχώματα φυσώντας την εκτίναξη και διευρύνοντας περαιτέρω την τρύπα.Τα μη λιώσιμα υλικά όπως το ξύλο, ο άνθρακας και τα θερμοσκληρυνόμενα πλαστικά κόβονται συνήθως με αυτή τη μέθοδο.
Λιώστε και φυσήξτε
Η κοπή με τήξη και εμφύσηση ή σύντηξη χρησιμοποιεί αέριο υψηλής πίεσης για να φυσήξει λιωμένο υλικό από την περιοχή κοπής, μειώνοντας σημαντικά την απαίτηση ισχύος.Αρχικά, το υλικό θερμαίνεται μέχρι το σημείο τήξης και στη συνέχεια ένας πίδακας αερίου φυσά το λιωμένο υλικό έξω από την κεφαλή αποφεύγοντας την ανάγκη να αυξηθεί περαιτέρω η θερμοκρασία του υλικού.Τα υλικά που κόβονται με αυτή τη διαδικασία είναι συνήθως μέταλλα.
Ράγισμα θερμικής καταπόνησης
Τα εύθραυστα υλικά είναι ιδιαίτερα ευαίσθητα στη θερμική θραύση, ένα χαρακτηριστικό που χρησιμοποιείται στη ρηγμάτωση με θερμική καταπόνηση.Μια δέσμη εστιάζεται στην επιφάνεια προκαλώντας τοπική θέρμανση και θερμική διαστολή.Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια ρωγμή που μπορεί στη συνέχεια να καθοδηγηθεί μετακινώντας τη δοκό.Η ρωγμή μπορεί να μετακινηθεί κατά σειρά m/s.Συνήθως χρησιμοποιείται στην κοπή γυαλιού.
Stealth κοπή σε κυβάκια από γκοφρέτες πυριτίου
Ο χωρισμός τωνμικροηλεκτρονικήτσιπς όπως παρασκευάζονται σεκατασκευή συσκευών ημιαγωγώναπόγκοφρέτες πυριτίουμπορεί να πραγματοποιηθεί με τη λεγόμενη διαδικασία stealth dicing, η οποία λειτουργεί με παλμικόNd:YAG laser, το μήκος κύματος του οποίου (1064 nm) είναι καλά προσαρμοσμένο στο ηλεκτρονικόχάσμα ζώνηςτουπυρίτιο(1.11eVή 1117 nm).
Αντιδραστική κοπή
Η αντιδραστική κοπή ονομάζεται επίσης «κόψιμο με σταθεροποιημένο αέριο λέιζερ με καύση» και «κοπή με φλόγα».Η αντιδραστική κοπή είναι σαν την κοπή με φακό οξυγόνου, αλλά με μια δέσμη λέιζερ ως πηγή ανάφλεξης.Χρησιμοποιείται κυρίως για την κοπή ανθρακούχου χάλυβα σε πάχη άνω του 1 mm.Αυτή η διαδικασία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κοπή πολύ παχιών χαλύβδινων πλακών με σχετικά μικρή ισχύ λέιζερ.