Wprowadzenie do cięcia laserowego

Cięcie laserowe jest jedną z najczęstszych praktyk w produkcji. Początkowo przeznaczone do wiercenia otworów w matrycach diamentowych, cięcie laserowe przeszło długą drogę i jest obecnie uważane za jeden z najskuteczniejszych sposobów cięcia kawałka materiału i tworzenia gotowych produktów. Jest to technologia szeroko stosowana w różnych zastosowaniach, od dużych producentów przemysłowych po szkoły i hobbystów.

W tym artykule przyjrzymy się bliżej całemu spektrum cięcia laserowego, w tym jego istocie i sposobowi działania, różnym typom, cechom i zastosowaniom cięcia laserowego, a także przyszłym trendom w dziedzinie maszyn do cięcia laserowego.

Co to jest

Cięcie laserowe to proces polegający na użyciu wiązki lasera o dużej mocy do napromieniowania materiału. Zazwyczaj laser jest używany razem z systemem sterowania ruchem, który określa sposób, w jaki laser porusza się po materiale. Cięcie laserowe jest używane nie tylko w zastosowaniach przemysłowych, takich jak obróbka metali, ale także czasami do efektów artystycznych, takich jak grawerowanie i trawienie.

Jak to działa?

Lasery wykorzystują energię z elektronów do generowania intensywnego światła o wysokiej temperaturze, inaczej zwanego wiązką laserową. Po zetknięciu z materiałem wiązka laserowa szybko topi powierzchnię, tworząc otwór. Od początkowego punktu kontaktu laser porusza się w zaprogramowanym kierunku, który albo całkowicie przecina materiał, albo tworzy pożądany efekt. Jednocześnie stopiony materiał jest zdmuchiwany przez przepływ powietrza o dużej prędkości. 

Cięcie laserowe to metoda cięcia termicznego, która generalnie zapewnia gładkie cięcia o doskonałej jakości, wysokiej dokładności i minimalnej ilości odpadów. W porównaniu z tradycyjnymi metodami cięcia, cięcie laserowe tworzy węższe szczeliny, co pomaga zaoszczędzić więcej części materiału. 

Rodzaje cięcia laserowego

Cięcie laserowe można podzielić na cztery kategorie: odparowywanie laserowe, topienie laserowe, cięcie O₂ cięcie laserowe i grawerowanie laserowe z kontrolowanym pękaniem.

1. Waporyzacja laserowa 

Waporyzacja laserowa wykorzystuje wiązkę lasera o wysokiej gęstości energii do ogrzania materiału. Po zetknięciu temperatura materiału szybko wzrasta do punktu wrzenia, a materiał zaczyna parować w parę. Gdy te opary są szybko wyrzucane, w materiale tworzy się nacięcie. 

Ten rodzaj cięcia laserowego wymaga dużej mocy i gęstości mocy i jest najczęściej stosowany do cięcia bardzo cienkich materiałów metalowych i niemetalowych, takich jak papier, tkanina, drewno, plastik i guma.

2. Topienie laserowe

Topienie laserowe wykorzystuje wiązkę laserową do szybkiego nagrzania materiału i nieutleniający gaz (taki jak Ar, He, N itp.) do rozładowania stopionego materiału. Nieutleniający gaz jest rozpylany przez dyszę pod wysokim ciśnieniem razem z wiązką, co pozwala na natychmiastowe rozładowanie materiału po zetknięciu z wiązką.

Topienie laserowe nie powoduje całkowitego odparowania metalu i wymaga jedynie 1/10 energii wymaganej do odparowania laserowego. Ten rodzaj cięcia laserowego jest stosowany głównie do cięcia materiałów, które nie utleniają się łatwo, lub metali aktywnych, takich jak stal nierdzewna, tytan, aluminium i ich stopy.

3. ₂ cięcie laserowe

O₂ cięcie laserowe polega na użyciu wiązki laserowej do szybkiego nagrzania materiału i₂, gaz utleniający, do rozładowania stopionego materiału. W O₂ cięcie laserowe, gaz utleniający wchodzi w interakcję z materiałem, powodując reakcję utleniania, która emituje dużą ilość ciepła. Następnie stopiony tlenek i stopiony materiał są wydmuchiwane ze strefy reakcji, co powoduje cięcie materiału. W tym względzie O₂ Cięcie laserowe jest podobne do cięcia tlenowo-acetylenowego.

Ponieważ reakcja utleniania w procesie cięcia generuje dużo ciepła, energia wymagana do cięcia laserowego tlenem stanowi jedynie połowę energii wymaganej do topienia laserowego, a prędkość cięcia jest znacznie wyższa niż w przypadku odparowywania i topienia laserowego. 

O₂ Cięcie laserowe jest stosowane głównie w przypadku materiałów metalowych, które łatwo ulegają utlenianiu, takich jak stal węglowa, stal tytanowa i stal poddana obróbce cieplnej.

4. Grawerowanie laserowe z kontrolowanym pękaniem

Rytowanie laserowe polega na skanowaniu powierzchni materiału metalowego wiązką lasera o wysokiej gęstości energii w celu wytworzenia serii małych rowków, inaczej zwanych „liniami rytu”. Następnie na powierzchnię wywierana jest określona ilość kontrolowanego nacisku, powodując pękanie materiału wzdłuż linii rytu. 

Grawerowanie laserowe jest głównie stosowane do produkcji płytek półprzewodnikowych, diod LED i innych produktów wymagających precyzyjnej kontroli i mikroskopijnej precyzji. W związku z tym lasery używane do grawerowania laserowego to zazwyczaj lasery Q-switched i CO₂ lasery.

Zakładka Charakterystyka

W porównaniu z innymi metodami cięcia termicznego, cięcie laserowe jest ogólnie szybszym procesem i zapewnia lepszą jakość cięcia. Cięcie laserowe ma następujące zalety:

1. Najwyższa jakość cięcia: Cięcie laserowe daje lepsze efekty ze względu na wysoką gęstość energii i precyzję punktu styku lasera.

a. Cięcie laserowe tworzy niezwykle wąskie nacięcie. Szerokość cięcia uzyskana w wyniku cięcia laserowego jest mniejsza niż 0.001 cala, a dokładność wymiarowa jest wyjątkowo precyzyjna i wynosi około ± 0.0005 cala.

b. Cięcie laserowe pozwala uzyskać wyjątkowo gładkie krawędzie, co oznacza, że ​​może być stosowane jako ostatni etap produkcji, bez konieczności dodatkowej obróbki mechanicznej.

c. Cięcie laserowe powoduje minimalne odkształcenie przedmiotu obrabianego i prawie nie wpływa na materiał w pobliżu cięcia. Kształt szczeliny jest również konsekwentnie prostokątny.

2. Wysoka wydajność cięcia: Cały proces cięcia laserowego może być w pełni kontrolowany przez CNC bez konieczności wykonywania jakichkolwiek czynności manualnych. Podczas operacji cięcia laserowego użytkownicy muszą jedynie skonfigurować system sterowania ruchem. Konfiguracje można stosować do różnych kształtów. Ponadto maszyny do cięcia laserowego mogą być wyposażone w wiele stołów roboczych CNC, co znacznie zwiększa wydajność podczas pracy z dużymi lub wieloma elementami obrabianymi.

3. Duża prędkość cięcia: Laser o mocy 1200 W może osiągnąć prędkość cięcia 600 cm/min podczas cięcia 2 mm grubości blachy ze stali niskowęglowej. Laser o tej samej mocy może osiągnąć prędkość cięcia 1200 cm/min podczas cięcia 5 mm grubości płyty z żywicy polipropylenowej. Materiał nie musi być zaciskany i mocowany podczas procesu cięcia laserowego, co może zapobiec uszkodzeniom używanych narzędzi i skrócić czas potrzebny na załadunek i rozładunek obrabianych przedmiotów.

4. Cięcie laserowe bezkontaktowe: Palnik tnący nie ma żadnego kontaktu z przedmiotem obrabianym, co zapewnia zerowe lub minimalne zużycie używanych narzędzi. Ponadto nie ma potrzeby zmiany żadnych narzędzi do obróbki różnych części i kształtów. Użytkownicy muszą po prostu zmienić parametry wyjściowe lasera. Proces cięcia laserowego generuje również niski poziom hałasu, niewielkie wibracje i brak zanieczyszczeń.

5. Szeroki zakres zastosowania: W porównaniu z cięciem tlenowo-acetylenowym i cięciem plazmowym, cięcie laserowe nadaje się do szerszego zakresu materiałów, w tym metalu i niemetalu, a także materiałów kompozytowych na bazie metalu i niemetalu. Różne materiały mają różne poziomy przydatności do cięcia laserowego ze względu na ich różne właściwości termofizyczne.

Zastosowania

Większość dzisiejszych przecinarek laserowych jest sterowana przez programy CNC lub przekształcana w zautomatyzowane roboty. W związku z tym cięcie laserowe nadaje się do niemal wszystkich materiałów, aby tworzyć wszystkie rodzaje kształtów, zarówno dwuwymiarowych, jak i trójwymiarowych.

W dziedzinie produkcji samochodów cięcie laserowe jest szeroko stosowane do cięcia skomplikowanych krzywizn, takich jak blachy nadwozia, maski, dachy, szyby samochodowe, rury, elementy poduszek powietrznych i różne inne części. W dziedzinie lotnictwa technologia cięcia laserowego jest stosowana do cięcia specjalnych części lotniczych, takich jak rury płomieniowe silników, ramy samolotów, panele ogonów, wirniki śmigłowców i wiele innych.

Technologia cięcia laserowego jest również szeroko stosowana do materiałów niemetalowych. Cięcie laserowe można stosować nie tylko do materiałów o wysokiej twardości i kruchości, takich jak azotek krzemu, ceramika i kwarc, ale także do materiałów elastycznych, takich jak tkanina, papier, płyty plastikowe i guma. 

Przyszłe trendy

1. Cięcie laserowe będzie nadal napędzać rewolucję przemysłową.

Cięcie laserowe przyniosło liczne korzyści ekonomiczne nowym i starym producentom. Jego główny komponent, źródło światła laserowego, jest ważnym elementem, który określa zdolność cięcia lasera.

Przez ostatnie 40 lat od powstanie lasera tnącegoNajważniejszym osiągnięciem technologicznym w zakresie źródeł światła laserowego jest zastąpienie maszyn do cięcia laserem CO2 maszynami do cięcia laserem światłowodowym. 

Jeśli zapytasz, czy pojawi się nowe źródło światła laserowego, które będzie tańsze od laserów światłowodowych, będzie miało lepszą wydajność i zapewni cieńszą wiązkę, odpowiedź bez wątpienia brzmi: tak. Ale jeśli zapytasz, jaki to będzie laser, nie da się teraz udzielić dokładnej odpowiedzi. Nie trzeba dodawać, że źródła światła laserowego z pewnością doczekają się licznych udoskonaleń w przyszłości.

2. Lasery światłowodowe dużej mocy staną się dominującą siłą na rynku maszyn do cięcia laserowego.

Maszyny do cięcia światłowodów o różnych zakresach mocy zapoczątkowały wielką erę w produkcji. Te maszyny do cięcia laserowego występują w różnych kształtach i rozmiarach, z których każda ma własne przypadki użycia. Jednak jeśli pomyślisz o tym, jaki typ maszyny do cięcia laserowego będzie najszerzej stosowany we wszystkich sektorach w przyszłości, laser światłowodowy o dużej mocy jest zdecydowanie najbezpieczniejszym wyborem.

Maszyny te wnoszą do technologii cięcia laserowego większą moc, precyzję i wydajność cięcia i, zdaniem ekspertów z branży, naukowców i użytkowników, będą miały ogromny wpływ na rynek cięcia laserowego.

Stąd duża liczba producentów maszyn do cięcia laserem światłowodowym o dużej mocy z pewnością zapoczątkuje zaciętą konkurencję rynkową, ostatecznie na korzyść konsumentów. To przesunie granice do przodu pod względem kontroli jakości i standardów produkcyjnych w niedalekiej przyszłości, gdzie tylko firmy o doskonałej jakości produktu, ciągłym skupieniu na badaniach i rozwoju oraz opanowaniu podstawowych konkurencyjnych technologii mogą utrzymać się na szczycie.

3. Nadchodzi era inteligencji.

Rozwój technologiczny na całym świecie, taki jak niemiecki „Przemysł 4.0” i coraz większa adopcja inteligentnych fabryk w Chinach, są jasnymi oznakami jednej rzeczy: nadchodzi czwarta rewolucja przemysłowa. A wraz z nią w branży cięcia laserowego nastanie era inteligentnej produkcji. Obejmuje to masową integrację technologii sieciowej, technologii komunikacyjnej i oprogramowania komputerowego z wysoce precyzyjnymi maszynami do cięcia laserowego CNC. 

Zgodnie z tym rozwój zautomatyzowanych maszyn do cięcia laserowego znacznie poprawił wydajność produkcji i automatyzację warsztatów blacharskich. Jako środek precyzji, maszyny do cięcia laserowego nieuchronnie będą wykorzystywać domowe możliwości komunikacji sieciowej do komunikowania się z różnymi maszynami w fabrykach blacharskich, w tym liniami rozwijania blach, giętarkami, dziurkarkami CNC, jednostkami spawalniczymi (nitowymi), śrutownicami i liniami powlekania.

Inne urządzenia osadzone w ujednoliconym systemie zarządzania planem produkcji, zadaniami i ocenami staną się również kluczowe dla zarządzania warsztatem blacharskim. W rezultacie duża liczba laserowa maszyna do cięcia W przyszłości producenci będą stopniowo przekształcać się w firmy zajmujące się obróbką blach.

Źródło z stylcnc.com

Zastrzeżenie: Informacje podane powyżej są dostarczane przez stylecnc niezależnie od Chovm.com. Chovm.com nie składa żadnych oświadczeń ani gwarancji co do jakości i niezawodności sprzedawcy i produktów.