TAGLIO DEL LASER

Taglio laserè una tecnologia che utilizza alaserper vaporizzare i materiali, risultando in un bordo tagliato.Sebbene tipicamente utilizzato per applicazioni di produzione industriale, ora è utilizzato da scuole, piccole imprese, architettura e hobbisti.Lasertagliofunziona dirigendo l'uscita di un laser ad alta potenza più comunemente attraverso l'ottica.ILottica laserECNC(controllo numerico computerizzato) vengono utilizzati per dirigere il raggio laser sul materiale.Un laser commerciale per il taglio dei materiali utilizza un sistema di controllo del movimento per seguire un CNC oCodice Gdel disegno da tagliare sul materiale.Il raggio laser focalizzato viene diretto sul materiale, che poi si scioglie, brucia, evapora o viene spazzato via da un getto di gas, lasciando un bordo con una finitura superficiale di alta qualità.

Storia

Nel 1965 venne utilizzata la prima macchina per il taglio laser di produzionetrapanobuchi dentrodiamante muore.Questa macchina è stata realizzata daCentro di ricerca sull'ingegneria elettrica occidentale.Nel 1967, gli inglesi furono i pionieri del taglio a getto di ossigeno assistito da laser per i metalli.All'inizio degli anni '70, questa tecnologia fu messa in produzione per tagliare il titanio per applicazioni aerospaziali.Allo stesso tempo, CO₂i laser sono stati adattati per tagliare non metalli, cometessili, perché all'epoca il CO₂i laser non erano abbastanza potenti per superare ilconduttività termicadi metalli.

Processi

Il raggio laser viene generalmente focalizzato sulla zona di lavoro utilizzando una lente di alta qualità.ILqualità del raggioha un impatto diretto sulla dimensione dello spot focalizzato.La parte più stretta del raggio focalizzato ha generalmente un diametro inferiore a 0,0125 pollici (0,32 mm).A seconda dello spessore del materiale,tagliosono possibili larghezze fino a 0,004 pollici (0,10 mm). Per poter iniziare il taglio da un punto diverso dal bordo, prima di ogni taglio viene eseguito uno sfondamento.La perforazione di solito comporta un raggio laser pulsato ad alta potenza che crea lentamente un foro nel materiale, impiegando circa 5-15 secondi per uno spessore di 0,5 pollici (13 mm).acciaio inossidabile, Per esempio.

I raggi paralleli di luce coerente provenienti dalla sorgente laser spesso rientrano nell'intervallo compreso tra 1,5 e 2,0 mm (0,06–0,08 pollici) di diametro.Questo raggio viene normalmente focalizzato e intensificato da una lente o da uno specchio su un punto molto piccolo di circa 0,001 pollici (0,025 mm) per creare un raggio laser molto intenso.Per ottenere la finitura più liscia possibile durante il taglio del contorno, la direzione del raggiopolarizzazionedeve essere ruotato mentre gira attorno alla periferia di un pezzo sagomato.Per il taglio della lamiera, la lunghezza focale è solitamente compresa tra 38 e 76 mm (1,5–3 pollici).

Vantaggi del taglio lasertaglio meccanicoincludono una presa più semplice del pezzo e una ridotta contaminazione del pezzo (poiché non vi è alcun tagliente che possa essere contaminato dal materiale o contaminare il materiale).La precisione potrebbe essere migliore poiché il raggio laser non si usura durante il processo.C'è anche una ridotta possibilità di deformare il materiale che viene tagliato, poiché i sistemi laser hanno un diametro ridottozona termicamente alterata.Alcuni materiali sono anche molto difficili o impossibili da tagliare con mezzi più tradizionali.

Il taglio laser per metalli ha il vantaggio rispetto al taglio plasma di essere più preciso e di utilizzare meno energia nel taglio della lamiera;tuttavia, la maggior parte dei laser industriali non è in grado di tagliare lo spessore maggiore del metallo rispetto al plasma.Le macchine laser più recenti che funzionano a una potenza più elevata (6.000 watt, rispetto ai 1.500 watt delle prime macchine da taglio laser) si stanno avvicinando alle macchine al plasma nella loro capacità di tagliare materiali spessi, ma il costo di capitale di tali macchine è molto più elevato di quello di macchine da taglio al plasma in grado di tagliare materiali spessi come lamiere di acciaio.

Tipi

Esistono tre tipi principali di laser utilizzati nel taglio laser.ILCO2laserè adatto per il taglio, l'alesatura e l'incisione.ILneodimio(Nd) e neodimioittrio-alluminio-granato(Nd:YAG) i laser sono identici nello stile e differiscono solo nell'applicazione.Nd viene utilizzato per lavori noiosi e dove è richiesta elevata energia ma bassa ripetizione.Il laser Nd:YAG viene utilizzato dove è necessaria una potenza molto elevata e per forature e incisioni.Sia il CO2e Nd/Nd:YAG possono essere utilizzati persaldatura.

CO2i laser vengono comunemente "pompati" facendo passare una corrente attraverso la miscela di gas (eccitati in corrente continua) o utilizzando energia a radiofrequenza (eccitati in RF).ILMetodo RFè più recente ed è diventato più popolare.Poiché i progetti DC richiedono elettrodi all'interno della cavità, possono verificarsi erosione degli elettrodi e placcatura del materiale dell'elettrodocristalleriaEottica.Poiché i risonatori RF hanno elettrodi esterni, non sono soggetti a questi problemi.CO2i laser vengono utilizzati per il taglio industriale di molti materiali tra cui titanio, acciaio inossidabile, acciaio dolce, alluminio, plastica, legno, legno ingegnerizzato, cera, tessuti e carta.I laser YAG vengono utilizzati principalmente per tagliare e incidere metalli e ceramica.

Oltre alla fonte di alimentazione, anche il tipo di flusso di gas può influenzare le prestazioni.Varianti comuni di CO2i laser includono flusso assiale veloce, flusso assiale lento, flusso trasversale e lastra.In un risonatore a flusso assiale veloce, la miscela di anidride carbonica, elio e azoto viene fatta circolare ad alta velocità da una turbina o da un ventilatore.I laser a flusso trasversale fanno circolare la miscela di gas a una velocità inferiore, richiedendo un ventilatore più semplice.I risonatori a piastra o raffreddati per diffusione hanno un campo di gas statico che non richiede pressurizzazione o vetreria, con conseguente risparmio sulla sostituzione di turbine e vetreria.

Il generatore laser e l'ottica esterna (inclusa la lente di messa a fuoco) richiedono raffreddamento.A seconda delle dimensioni e della configurazione del sistema, il calore disperso può essere trasferito tramite un refrigerante o direttamente nell'aria.L'acqua è un liquido refrigerante comunemente utilizzato, solitamente fatto circolare attraverso un refrigeratore o un sistema di trasferimento del calore.

UNmicrogetto laserè un getto d'acqua guidatolaserin cui un raggio laser pulsato viene accoppiato ad un getto d'acqua a bassa pressione.Viene utilizzato per eseguire funzioni di taglio laser mentre si utilizza il getto d'acqua per guidare il raggio laser, proprio come una fibra ottica, attraverso la riflessione interna totale.Il vantaggio è che l'acqua rimuove anche i detriti e raffredda il materiale.Ulteriori vantaggi rispetto al tradizionale taglio laser "a secco" sono le elevate velocità di cubettatura paralleletaglioe taglio omnidirezionale.

Laser a fibrasono un tipo di laser a stato solido in rapida crescita nel settore del taglio dei metalli.A differenza del CO₂, La tecnologia della fibra utilizza un mezzo di guadagno solido, anziché un gas o un liquido.Il “laser seme” produce il raggio laser e viene poi amplificato all’interno di una fibra di vetro.Con una lunghezza d'onda di soli 1064 nanometri i laser a fibra producono uno spot di dimensioni estremamente ridotte (fino a 100 volte più piccolo rispetto al CO₂) che lo rende ideale per il taglio di materiale metallico riflettente.Questo è uno dei principali vantaggi della Fibra rispetto alla CO₂.

I vantaggi del taglio laser a fibra includono:-

• Tempi di lavorazione rapidi.
• Riduzione del consumo energetico e delle bollette grazie alla maggiore efficienza.
• Maggiore affidabilità e prestazioni: nessuna ottica da regolare o allineare e nessuna lampada da sostituire.
• Manutenzione minima.
• La capacità di lavorare materiali altamente riflettenti come rame e ottone
• Maggiore produttività: minori costi operativi offrono un maggiore ritorno sull'investimento.

Metodi

Esistono molti metodi diversi di taglio utilizzando i laser, con diversi tipi utilizzati per tagliare materiali diversi.Alcuni dei metodi sono la vaporizzazione, la fusione e il soffiaggio, il soffiaggio e la combustione della fusione, la rottura da stress termico, l'incisione, il taglio a freddo e il taglio laser stabilizzato alla combustione.

Taglio per vaporizzazione

Nel taglio con vaporizzazione, il raggio focalizzato riscalda la superficie del materiale fino al punto di infiammabilità e genera un buco della serratura.Il buco della serratura porta ad un improvviso aumentoassorbimentoapprofondendo rapidamente il buco.Quando il foro si approfondisce e il materiale bolle, il vapore generato erode le pareti fuse espellendo l'espulsione e allargando ulteriormente il foro.I materiali non fondenti come legno, carbonio e plastica termoindurente vengono solitamente tagliati con questo metodo.

Sciogliere e soffiare

Il taglio per fusione e soffiaggio o per fusione utilizza gas ad alta pressione per soffiare il materiale fuso dall'area di taglio, riducendo notevolmente il fabbisogno energetico.Innanzitutto, il materiale viene riscaldato fino al punto di fusione, quindi un getto di gas soffia il materiale fuso fuori dal taglio evitando la necessità di aumentare ulteriormente la temperatura del materiale.I materiali tagliati con questo processo sono solitamente metalli.

Cracking da stress termico

I materiali fragili sono particolarmente sensibili alla frattura termica, una caratteristica sfruttata nello stress cracking termico.Un raggio viene focalizzato sulla superficie provocando riscaldamento localizzato e dilatazione termica.Ciò si traduce in una fessura che può quindi essere guidata spostando la trave.La fessura può essere spostata nell'ordine di m/s.Viene solitamente utilizzato nel taglio del vetro.

Taglio invisibile di wafer di silicio

La separazione dimicroelettronicapatatine come preparate infabbricazione di dispositivi semiconduttoridawafer di siliciopuò essere eseguito mediante il cosiddetto processo di cubettatura stealth, che funziona con un impulsoLaser Nd:YAG, la cui lunghezza d'onda (1064 nm) è ben adattata all'elettronicagap di bandaDisilicio(1.11eVo 1117 nm).

Taglio reattivo

Il taglio reattivo è anche chiamato "taglio a gas laser stabilizzato con combustione" e "taglio a fiamma".Il taglio reattivo è simile al taglio con cannello a ossigeno, ma con un raggio laser come fonte di accensione.Utilizzato principalmente per il taglio di acciaio al carbonio con spessori superiori a 1 mm.Questo processo può essere utilizzato per tagliare lastre di acciaio molto spesse con una potenza laser relativamente ridotta.