Лазерная резкаэто технология, использующаялазердля испарения материалов, что приводит к порезу кромки.Хотя обычно он используется в промышленном производстве, сейчас он используется в школах, на малых предприятиях, в архитектуре и среди любителей.Лазеррезкаработает, направляя выход мощного лазера, чаще всего через оптику.лазерная оптикаиЧПУ(компьютерное числовое управление) используются для направления лазерного луча на материал.Коммерческий лазер для резки материалов использует систему управления движением, которая следует за ЧПУ илиG-кодвыкройки, которую нужно вырезать на материале.Сфокусированный лазерный луч направляется на материал, который затем плавится, горит, испаряется или сдувается струей газа. оставляя кромку с высококачественной отделкой поверхности.
История
В 1965 году был использован первый серийный станок для лазерной резки.сверлитьдыры валмаз умирает.Эта машина была изготовлена компаниейЗападный исследовательский центр электротехники.В 1967 году британцы впервые применили кислородно-струйную лазерную резку металлов.В начале 1970-х годов эта технология была запущена в производство для резки титана для аэрокосмической отрасли.В то же время СО2лазеры были адаптированы для резки неметаллов, таких кактекстиль, потому что в то время CO2лазеры были недостаточно мощными, чтобы преодолетьтеплопроводностьметаллов.
Процесс
Лазерный луч обычно фокусируется с помощью высококачественной линзы в рабочей зоне.качество лучаоказывает прямое влияние на размер фокусируемого пятна.Самая узкая часть сфокусированного луча обычно имеет диаметр менее 0,0125 дюйма (0,32 мм).В зависимости от толщины материала,врезкавозможна ширина всего 0,004 дюйма (0,10 мм). Чтобы иметь возможность начать резку не с края, а где-то еще, перед каждым разрезом делается прокол.Для пирсинга обычно используется мощный импульсный лазерный луч, который медленно проделывает отверстие в материале, что занимает около 5–15 секунд для толщины 0,5 дюйма (13 мм).нержавеющая сталь, например.
Параллельные лучи когерентного света от лазерного источника часто имеют диаметр 0,06–0,08 дюйма (1,5–2,0 мм).Этот луч обычно фокусируется и усиливается линзой или зеркалом до очень маленького пятна размером около 0,001 дюйма (0,025 мм), чтобы создать очень интенсивный лазерный луч.Чтобы добиться максимально гладкой поверхности при контурной резке, направление лучаполяризациядолжен вращаться по мере движения по периферии фасонной заготовки.Для резки листового металла фокусное расстояние обычно составляет 1,5–3 дюйма (38–76 мм).
Преимущества лазерной резки передмеханическая резкавключают в себя более легкое удержание работы и уменьшение загрязнения заготовки (поскольку нет режущей кромки, которая может загрязниться материалом или загрязнить материал).Точность может быть выше, поскольку лазерный луч не изнашивается во время процесса.Также снижается вероятность деформации разрезаемого материала, поскольку лазерные системы имеют небольшой размер.зона термического влияния.Некоторые материалы также очень трудно или невозможно разрезать более традиционными способами.
Лазерная резка металлов имеет преимущество перед плазменной резкой, поскольку она более точна и требует меньше энергии при резке листового металла;однако большинство промышленных лазеров не могут прорезать металл большей толщины, чем плазма.Новые лазерные станки, работающие с более высокой мощностью (6000 Вт, в отличие от ранних станков для лазерной резки мощностью 1500 Вт), приближаются к плазменным машинам по своей способности резать толстые материалы, но капитальные затраты на такие машины намного выше, чем у машины плазменной резки, способные резать толстые материалы, такие как стальные пластины.
Типы
При лазерной резке используются три основных типа лазеров.СО2лазерподходит для резки, растачивания и гравировки.неодим(Nd) и неодимиттрий-алюминиевый гранат(Нд:ИАГ) лазеры идентичны по стилю и отличаются только применением.Nd используется для растачивания и там, где требуется высокая энергия, но малое количество повторений.Лазер Nd:YAG используется там, где необходима очень высокая мощность, а также для расточки и гравировки.Оба СО2и лазеры Nd/Nd:YAG могут использоваться длясварка.
СО2Лазеры обычно «накачиваются» путем пропускания тока через газовую смесь (возбуждение постоянным током) или использованием радиочастотной энергии (возбуждение радиочастотой).РФ методявляется более новым и стал более популярным.Поскольку конструкции постоянного тока требуют наличия электродов внутри полости, они могут столкнуться с эрозией электродов и налипанием электродного материала наизделия из стеклаиоптика.Поскольку ВЧ-резонаторы имеют внешние электроды, они не подвержены этим проблемам.СО2лазеры используются для промышленной резки многих материалов, включая титан, нержавеющую сталь, мягкую сталь, алюминий, пластик, дерево, конструкционную древесину, воск, ткани и бумагу.YAG-лазеры в основном используются для резки и гравировки металлов и керамики.
Помимо источника питания, на производительность может влиять и тип газового потока.Распространенные варианты CO2Лазеры включают быстрый осевой поток, медленный осевой поток, поперечный поток и пластинчатый.В резонаторе с быстрым осевым потоком смесь углекислого газа, гелия и азота циркулирует с высокой скоростью с помощью турбины или нагнетателя.Лазеры с поперечным потоком циркулируют газовую смесь с меньшей скоростью, что требует более простого вентилятора.Резонаторы с пластинчатым или диффузионным охлаждением имеют статическое газовое поле, которое не требует герметизации или использования стеклянной посуды, что приводит к экономии на замене турбин и стеклянной посуды.
Лазерный генератор и внешняя оптика (включая фокусирующую линзу) требуют охлаждения.В зависимости от размера и конфигурации системы отходящее тепло может передаваться через хладагент или непосредственно в воздух.Вода является широко используемым хладагентом, обычно циркулирующим через охладитель или систему теплопередачи.
Алазерный микроструйныйпредставляет собой водометное наведениелазерв котором импульсный лазерный луч соединяется со струей воды низкого давления.Он используется для выполнения функций лазерной резки с использованием струи воды для направления лазерного луча, подобно оптическому волокну, посредством полного внутреннего отражения.Преимущества этого в том, что вода также удаляет мусор и охлаждает материал.Дополнительными преимуществами по сравнению с традиционной «сухой» лазерной резкой являются высокие скорости нарезки, параллельнаяврезкаи всенаправленная резка.
Волоконные лазерыпредставляют собой тип твердотельного лазера, который быстро развивается в отрасли резки металлов.В отличие от СО2В волоконной технологии используется твердая усиливающая среда, а не газ или жидкость.«Затравочный лазер» производит лазерный луч, который затем усиливается внутри стеклянного волокна.Волоконные лазеры с длиной волны всего 1064 нанометра создают чрезвычайно малый размер пятна (до 100 раз меньше по сравнению с CO).2), что делает его идеальным для резки отражающих металлических материалов.Это одно из основных преимуществ волокна по сравнению с CO.2.
Преимущества волоконного лазерного резака включают в себя:
- Быстрые сроки обработки.
- Снижение энергопотребления и счетов – благодаря большей эффективности.
- Повышенная надежность и производительность — не требуется регулировка или выравнивание оптики и замена ламп.
- Минимальное обслуживание.
- Возможность обработки материалов с высокой отражающей способностью, таких как медь и латунь.
- Более высокая производительность – более низкие эксплуатационные расходы обеспечивают большую отдачу от ваших инвестиций.
Методы
Существует множество различных методов резки с использованием лазеров, причем разные типы используются для резки разных материалов.Некоторыми из методов являются испарение, плавление и выдувание, выдувание расплава и прожигание, растрескивание под термическим напряжением, скрайбирование, холодная резка и лазерная резка со стабилизацией горения.
Вапоризационная резка
При резке испарением сфокусированный луч нагревает поверхность материала до точки воспламенения и образует замочную скважину.Замочная скважина приводит к внезапному увеличениюпоглощающая способностьбыстро углубляя яму.По мере того как отверстие углубляется и материал закипает, образующийся пар разрушает расплавленные стенки, выбрасывая выбросы и еще больше увеличивая отверстие.Неплавкие материалы, такие как дерево, углерод и термореактивные пластмассы, обычно разрезаются этим методом.
Растопить и взорвать
При резке плавлением и выдуванием или плавлением используется газ под высоким давлением, который выдувает расплавленный материал из зоны резки, что значительно снижает потребляемую мощность.Сначала материал нагревается до точки плавления, затем струя газа выдувает расплавленный материал из разреза, что позволяет избежать дальнейшего повышения температуры материала.Материалы, разрезаемые с помощью этого процесса, обычно представляют собой металлы.
Растрескивание при термическом напряжении
Хрупкие материалы особенно чувствительны к термическому разрушению, что используется при растрескивании под термическим напряжением.Луч фокусируется на поверхности, вызывая локальный нагрев и тепловое расширение.В результате образуется трещина, которую затем можно направить, перемещая балку.Трещина может перемещаться в порядке м/с.Обычно его используют при резке стекла.
Скрытое нарезание кремниевых пластин
Разделениемикроэлектроникачипсы, приготовленные впроизводство полупроводниковых приборовоткремниевые пластиныможет быть выполнено с помощью так называемого процесса скрытой нарезки кубиками, который работает с импульснымNd:YAG лазер, длина волны которого (1064 нм) хорошо адаптирована к электронномузапрещенная зонаизкремний(1,11эВили 1117 нм).
Реактивная резка
Реактивную резку также называют «лазерной газовой резкой со стабилизированным горением» и «пламенной резкой».Реактивная резка аналогична резке кислородной горелкой, но источником воспламенения является лазерный луч.В основном используется для резки углеродистой стали толщиной более 1 мм.Этот процесс можно использовать для резки очень толстых стальных пластин при относительно небольшой мощности лазера.