Lasrar användes först för att skära tillbaka på 1970-talet. I modern industriproduktion används laserskärning i stor utsträckning vid bearbetning av plåt, plast, glas, keramik, halvledare, textilier, trä och papper.
Under de närmaste åren kommer tillämpningen av laserskärning inom området precisionsbearbetning och mikrobearbetning också att uppnå betydande tillväxt.
laserskärning
När en fokuserad laserstråle lyser på ett arbetsstycke, värms det bestrålade området upp dramatiskt för att smälta eller förånga materialet. Så snart laserstrålen penetrerar arbetsstycket, börjar skärprocessen: Laserstrålen rör sig längs konturen medan materialet smälter. En luftstråle används vanligtvis för att blåsa bort smältan från skäret och lämnar ett smalt gap mellan den skurna delen och plåthållaren, nästan lika bred som den fokuserade laserstrålen.
Flamskärning
Syreskärning är en standardprocess för skärning av mjukt stål med syre som skärgas. Syre trycksatt upp till 6 bar blåses in i snittet. Där reagerar den uppvärmda metallen med syre: förbränning och oxidation börjar. Den kemiska reaktionen frigör en stor mängd energi (upp till fem gånger laserns effekt) för att hjälpa laserstrålen att skära.
bild
Figur 1 Laserstrålen smälter arbetsstycket och skärgasen blåser bort det smälta materialet och slaggen i snittet
Smältskärning
Fusionsskärning är en annan standardprocess som används vid skärning av metall. Kan även användas för att skära andra smältbara material såsom keramik.
Kväve eller argon används som skärgas och gasen med ett tryck på 2-20 bar blåses genom snittet. Argon och kväve är inerta gaser, vilket innebär att de inte reagerar med den smälta metallen i snittet, utan bara blåser bort den mot botten. Samtidigt kan den inerta gasen skydda skäreggen från att oxideras av luft.
tryckluftsskärning
Tryckluft kan också användas för att skära tunna plåtar. Lufttrycksatt till 5-6 bar är tillräckligt för att blåsa ut smält metall ur snittet. Eftersom luft är nästan 80 procent kväve, är tryckluftskärning i grunden fusionsskärning.
plasmaassisterad skärning
Om parametrarna väljs på rätt sätt kommer ett plasmamoln att dyka upp i den plasma-assisterade smältskärskäret. Plasmamolnet består av joniserad metallånga och joniserad skärgas. Plasmamolnet absorberar CO2-laserns energi och överför den till arbetsstycket, så att mer energi kopplas till arbetsstycket, och materialet kommer att smälta snabbare, vilket resulterar i snabbare skärhastighet. Därför kallas denna skärprocess även höghastighetsplasmaskärning.
Plasmamoln är praktiskt taget genomskinliga för halvledarlasrar, så endast CO2-lasrar kan användas för plasmaassisterad smältskärning.
bild
förgasningsskärning
Förgasningsskärning förångar materialet, vilket minimerar den termiska effekten på omgivande material. Detta kan uppnås genom att förånga lågvärme, högabsorberande material såsom tunna plastfilmer samt icke-smältande material såsom trä, papper, skum, etc., med hjälp av kontinuerlig CO2-laserbearbetning.
Ultrakorta pulslasrar gör att denna teknik kan tillämpas på andra material. Fria elektroner i metallen absorberar laserljuset och värms upp våldsamt. Laserpulserna reagerar inte med de smälta partiklarna och plasman, och materialet sublimeras direkt, vilket ger ingen tid att överföra energi i form av värme till omgivande material. Picosecond-pulser ablaterar material utan betydande termiska effekter, smältning och gradbildning.
bild
Figur 3 Förgasningsskärning: Lasern förångar och bränner materialet. Trycket från ångan gör att slaggen rinner ut från snittet
Parametrar: Justering av bearbetningsprocessen
Många parametrar påverkar laserskärningsprocessen, varav vissa beror på laserns och verktygsmaskinens tekniska prestanda, medan andra varierar.
grad av polarisation
Graden av polarisation anger hur stor procentandel av laserljuset som omvandlas. En typisk grad av polarisering är cirka 90 procent. Detta är mer än tillräckligt för en högkvalitativ skärning.
brännviddsdiameter
Brännvidden påverkar skärets bredd, och brännvidden kan ändras genom att ändra fokuseringsspegelns brännvidd. En mindre brännviddsdiameter innebär ett smalare snitt.
fokusposition
Fokuspositionen bestämmer strålens diameter och effekttäthet på arbetsstyckets yta samt formen på snittet.
bild
Bild 4 Fokusposition: inuti arbetsstycket, på ytan av arbetsstycket och ovanför arbetsstycket
laserkraft
Laserkraften bör matcha typen av bearbetning, materialtyp och tjocklek. Effekten måste vara tillräckligt hög för att effekttätheten på arbetsstycket överstiger bearbetningströskeln.
bild
Figur 5 Högre lasereffekt kan skära tjockare material
Driftläge
Det kontinuerliga läget används främst för att skära standardprofiler av metall och plast i millimeter- till centimeterstorlekar. För att smälta perforeringar eller skapa exakta konturer används lågfrekventa pulsade lasrar.
skärhastighet
Laserkraft och skärhastighet måste matcha varandra. Skärhastigheter som är för snabba eller för långsamma kommer att resultera i ökad grovhet och gradbildning.
bild
Figur 6 Skärhastigheten minskar när tjockleken på plåten ökar
Munstycksdiameter
Munstyckets diameter bestämmer flödeshastigheten och formen på gasflödet från munstycket. Ju tjockare materialet är, desto större diameter på gasstrålen och följaktligen diametern på munstycksöppningen.
Gasrenhet och barometriskt tryck
Syre och kväve används ofta som skärgaser. Gasens renhet och tryck påverkar skäreffekten.
Vid skärning med oxy-fuel krävs en gasrenhet på 99,95 procent. Ju tjockare stålplåt, desto lägre gastryck används.
Fusionsskärning med kväve kräver en gasrenhet på 99,995 procent (helst 99,999 procent), och högre gastryck krävs för smältskärning av tjockare stålplåtar.
Tekniskt datablad
I början av laserskärning var användarna tvungna att själva bestämma inställningen av bearbetningsparametrar genom provdrift. Väl etablerade bearbetningsparametrar lagras nu i skärsystemets styrenhet. För varje materialtyp och tjocklek finns motsvarande data. Det tekniska databladet möjliggör smidig drift av laserskärningsutrustning även för dem som inte är bekanta med denna teknik.
Kvalitetsutvärderingsfaktorer för laserskärning
Det finns många kriterier för att bedöma kvaliteten på en laserskuren egg. Standarder som gradform, depression och textur kan bedömas med blotta ögat; vertikalitet, grovhet och snittbredd etc. måste mätas med speciella instrument. Materialavsättning, korrosion, värmepåverkad zon och deformation är också viktiga faktorer för att mäta kvaliteten på laserskärning.
