Лазердик кесүү - бул материалдарды буулантуу үчүн лазерди колдонгон технология, натыйжада кыры кесилген.Адатта өнөр жай өндүрүшү үчүн колдонулса, азыр мектептер, чакан ишканалар, архитектура жана хоббилер тарабынан колдонулат.Лазердик кесүү жогорку кубаттуулуктагы лазердин чыгышын көбүнчө оптика аркылуу багыттоо менен иштейт.Лазердик оптика жана CNC (компьютердик сандык башкаруу) лазер нурун материалга багыттоо үчүн колдонулат.Материалдарды кесүү үчүн коммерциялык лазер кыймылды башкаруу тутумун колдонот, бул материалга кесиле турган үлгүнүн CNC же G-кодун аткарат.Фокусталган лазер нуру материалга багытталган, андан кийин ал эрип, күйүп, бууланып же газдын агымы менен учуп кетет,[1] жогорку сапаттагы бети менен четин калтырат.
тарых
1965-жылы биринчи өндүрүштүк лазердик кесүүчү машина алмаз калыптарында тешиктерди бургулоо үчүн колдонулган.Бул машина Батыш электротехника изилдөө борбору тарабынан жасалган.[3]1967-жылы британиялык металлдар үчүн лазердин жардамы менен кычкылтек менен кесүү боюнча пионер болуп кызмат кылган.[4]1970-жылдардын башында бул технология аэрокосмостук колдонмолор үчүн титанды кесүү үчүн өндүрүшкө киргизилген.Ошол эле учурда CO2 лазерлери текстиль сыяктуу металл эместерди кесүүгө ыңгайлаштырылган, анткени ал кезде СО2 лазерлери металлдардын жылуулук өткөрүмдүүлүгүн жеңүүгө күчтүү болгон эмес.[5]
Процесс
CNC интерфейси аркылуу программаланган кесүү нускамалары менен болотту өнөр жай лазердик кесүү
Лазердик нур көбүнчө жумуш зонасында жогорку сапаттагы линзаны колдонуу менен багытталган.Нурдун сапаты багытталган тактын өлчөмүнө түздөн-түз таасир этет.Фокусталган нурдун эң кууш бөлүгү көбүнчө диаметри 0,0125 дюймдан (0,32 мм) аз.Материалдын калыңдыгына жараша керфтин туурасы 0,004 дюймга (0,10 мм) чейин болушу мүмкүн.[6]Кесүүнү четинен башка жерден баштоо үчүн ар бир кесүү алдында тешүү жасалат.Пирсинг адатта жогорку кубаттуулуктагы импульстук лазер нурун камтыйт, ал материалда акырындык менен тешик ачат, мисалы, калыңдыгы 0,5 дюймдук (13 мм) дат баспас болоттон жасалган үчүн 5-15 секунддун тегерегинде.
Лазердик булактан келген когеренттүү жарыктын параллелдүү нурлары көбүнчө диаметри 0,06–0,08 дюймдун (1,5–2,0 мм) ортосундагы диапазонго түшөт.Бул нур, адатта, линза же күзгү аркылуу өтө күчтүү лазер нурун түзүү үчүн болжол менен 0,001 дюйм (0,025 мм) өтө кичинекей бир жерге багытталган жана күчөтүлөт.Контурду кесүү учурунда мүмкүн болушунча жылмакай финишке жетишүү үчүн, нурдун поляризациясынын багыты контурланган даяр тетиктин перифериясын айланып өтүшү керек.Металл баракты кесүү үчүн фокустун узундугу адатта 1,5–3 дюймду (38–76 мм) түзөт.[7]
Механикалык кесүүгө караганда лазердик кесүүнүн артыкчылыктары жумушту жеңилдетүү жана даярдалган тетиктин булганышын азайтуу (анткени материал менен булганып же материалды булгап кете турган кесүүчү жээк жок).Тактык жакшыраак болушу мүмкүн, анткени лазер нуру процесстин жүрүшүндө эскирбейт.Лазердик системалардын кичинекей ысыктык зонасы болгондуктан, кесилип жаткан материалды ийритүү мүмкүнчүлүгү да азаят.[8]Кээ бир материалдар дагы салттуу жолдор менен кесип өтө кыйын же мүмкүн эмес.
Металлдарды лазер менен кесүү плазмалык кесүүгө караганда тактык [9] жана металлды кесүүдө азыраак энергияны колдонуу менен артыкчылыктарга ээ;бирок, көпчүлүк өнөр жай лазерлери плазмадагы металлдын калыңдыгын кесип өтө албайт.Жогорку кубаттуулукта иштеген жаңы лазердик машиналар (6000 ватт, лазердик кесүүчү машиналардын 1500 ватт рейтингдеринен айырмаланып) плазма машиналарына калың материалдарды кесүү жөндөмдүүлүгү боюнча жакындашууда, бирок мындай машиналардын капиталдык баасы плазманыкынан бир топ жогору. темир табак сыяктуу калың материалдарды кесүүгө жөндөмдүү кесүүчү машиналар.[10]
Түрлөрү
4000 ватт CO2 лазер кескич
Лазердик кесүүдө колдонулган лазердин үч негизги түрү бар.CO2 лазер кесүү, тажатма жана оюу үчүн ылайыктуу.Неодим (Nd) жана неодим иттрий-алюминий-гранат (Nd:YAG) лазерлери стили боюнча окшош жана колдонулушу боюнча гана айырмаланат.Nd кызыксыз үчүн колдонулат жана жогорку энергия, бирок аз кайталоо талап кылынат.Nd:YAG лазери өтө чоң күч талап кылынган жерлерде жана тажатма жана оюу үчүн колдонулат.CO2 жана Nd/Nd:YAG лазерлери ширетүүдө колдонулушу мүмкүн.[11]
CO2 лазерлери, адатта, газ аралашмасы аркылуу агымды өткөрүү (токтогон туруктуу ток) же радио жыштык энергиясын колдонуу (RF- толкундануу) аркылуу "сортулган".RF ыкмасы жаңы жана популярдуу болуп калды.DC конструкциялары көңдөйдүн ичинде электроддорду талап кылгандыктан, алар электрод эрозиясына жана электрод материалынын айнек идиштерге жана оптикага капталышына туш болушу мүмкүн.RF резонаторлор тышкы электроддор болгондуктан, алар бул көйгөйлөргө жакын эмес.CO2 лазерлери титан, дат баспас болот, жумшак болот, алюминий, пластмасса, жыгач, инженердик жыгач, мом, кездемелер жана кагаз сыяктуу көптөгөн материалдарды өнөр жай кесүү үчүн колдонулат.YAG лазерлери негизинен металлдарды жана керамикаларды кесүү жана сызуу үчүн колдонулат.[12]
кубат булагынан тышкары, газ агымынын түрү, ошондой эле аткарууну таасир этиши мүмкүн.CO2 лазерлеринин кеңири таралган варианттарына тез октук агым, жай октук агым, туурасынан өтүүчү агым жана плита кирет.Тез октук агымдуу резонатордо көмүр кычкыл газынын, гелийдин жана азоттун аралашмасы турбина же үйлөткүч аркылуу жогорку ылдамдыкта айланат.Туурасынан агымдуу лазерлер газ аралашмасын азыраак ылдамдыкта айлантат, бул жөнөкөй үйлөөнү талап кылат.Плитанын же диффузиялык муздатылган резонаторлордун статикалык газ талаасы бар, ал эч кандай басымды же айнек идиштерди талап кылбайт, бул алмаштыруу турбиналарды жана айнек идиштерди үнөмдөөгө алып келет.
Лазердик генератор жана тышкы оптика (анын ичинде фокус линзасы) муздатууну талап кылат.Системанын өлчөмүнө жана конфигурациясына жараша таштанды жылуулук муздаткыч аркылуу же түз абага өткөрүлүшү мүмкүн.Суу, адатта, муздаткыч же жылуулук өткөргүч системасы аркылуу айланган, көбүнчө колдонулган муздаткыч болуп саналат.
laser microjet - бул суу агымы менен башкарылуучу лазер, анда импульстуу лазер нуру төмөнкү басымдагы суу агымына кошулат.Бул толугу менен ички чагылдыруу аркылуу оптикалык була сыяктуу лазер нурун жетектөө үчүн суу агымын колдонууда лазер кесүү функцияларын аткаруу үчүн колдонулат.Мунун артыкчылыктары суу да таштандыларды чыгарып, материалды муздатат.Салттуу "кургак" лазердик кесүүгө караганда кошумча артыкчылыктар - бул жогорку кесүү ылдамдыгы, параллелдүү кесүү жана ар тараптуу кесүү.[13]
Fiber лазерлер металл кесүү тармагында тездик менен өсүп жаткан катуу абалдагы лазердин бир түрү.CO2ден айырмаланып, Fiber технологиясы газ же суюктуктан айырмаланып, катуу пайда чөйрөсүн колдонот."Урук лазер" лазер нурун өндүрөт жана андан кийин айнек буласынын ичинде күчөтүлөт.Болгону 1064 нанометрдик толкун узундугу менен була лазерлери өтө кичинекей так өлчөмүн (CO2ге салыштырмалуу 100 эсеге чейин кичине) чыгарат, аны чагылдыруучу металл материалды кесүү үчүн идеалдуу кылат.Бул CO2ге салыштырмалуу Fiberдин негизги артыкчылыктарынын бири.[14]
Fiber лазер кескич артыкчылыктары төмөнкүлөрдү камтыйт: -
Тез иштетүү убакыттары.
Кыскартылган энергия керектөө жана эсеп - көбүрөөк натыйжалуулугуна байланыштуу.
Көбүрөөк ишенимдүүлүк жана аткаруу – жөндөө же тегиздөө үчүн оптика жана алмаштыруу үчүн лампалар жок.
Минималдуу тейлөө.
жез жана жез сыяктуу жогорку чагылдыруучу материалдарды иштетүү мүмкүнчүлүгү
Жогорку өндүрүмдүүлүк – төмөнкү операциялык чыгымдар сиздин инвестицияңыздан көбүрөөк пайда алып келет.[15]
Методдор
Лазердерди колдонуу менен кесүүдө көптөгөн ар кандай ыкмалар бар, ар кандай түрлөр ар кандай материалды кесүү үчүн колдонулат.Методдордун кээ бирлери буулантуу, эритүү жана үйлөө, эритме менен сокку жана күйүү, термикалык стрессти крекинг, скрипинг, муздак кесүү жана күйгүзүү стабилдештирилген лазердик кесүү.
буулантуу кесүү
Буулаштырууда фокусталган нур материалдын бетин күйүү чекитине чейин ысытат жана ачкыч тешигин пайда кылат.Keyhole тез тешик тереңдетүү абсорбтивдик капыстан өсүшүнө алып келет.Тешик тереңдеп, материал кайнаган сайын, пайда болгон буу эриген дубалдарды ыдыратып, сыртка чыгып, тешикти андан ары кеңейтет.Мындай жыгач, көмүртек жана термосеталык пластмассалар сыяктуу эрибеген материал, адатта, ушул ыкма менен кесилет.
Эритип, үйлөп
Эрүү жана үйлөтүү же эритүү менен кесүү жогорку басымдагы газды кесүүчү аймактан эриген материалды үйлөө үчүн колдонот, бул электр энергиясына болгон муктаждыкты бир топ азайтат.Адегенде материал эрүү температурасына чейин ысытылат, андан кийин газ агымы материалдын температурасын мындан ары жогорулатуунун зарылдыгын болтурбай, эриген материалды керфтен чыгарып кетет.Бул жараян менен кесилген материалдар, адатта, металл болуп саналат.
Термикалык стресс крекинг
Морттук материалдар термикалык сынууга өзгөчө сезгич болуп саналат, бул өзгөчөлүк термикалык стресстин крекингинде колдонулат.Нур локалдуу жылытууга жана жылуулук кеңейишине алып келген бетке багытталган.Бул андан кийин нурду жылдыруу менен жетекчиликке ала турган жарака пайда болот.Жарака м/сек тартибинде жылдырылышы мүмкүн.Көбүнчө айнек кесүүдө колдонулат.
Кремний пластинкаларын жашыруун кесүү
Кошумча маалымат: Вафельди кесүү
Жарым өткөргүч түзүлүштөрдү жасоодо даярдалган микроэлектрондук микросхемаларды кремний пластинкаларынан бөлүү, толкун узундугу (1064 нм) электроникага жакшы ыңгайлашкан импульстуу Nd: YAG лазери менен иштеген жашыруун кесүү процесси менен аткарылышы мүмкүн. кремний тилкесинин боштугу (1,11 эВ же 1117 нм).
Реактивдүү кесүү
Ошондой эле "күйүп турукташкан лазер газ кесүү", "жалын кесүү" деп аталат.Реактивдүү кесүү кычкылтек факелине окшош, бирок от алуучу булак катары лазер нуру бар.Көбүнчө калыңдыгы 1 ммден ашкан көмүртектүү болотту кесүү үчүн колдонулат.Бул процесс салыштырмалуу азыраак лазер күчү менен өтө жоон болот плиталарды кесүү үчүн колдонулушу мүмкүн.
Толеранттуулуктар жана беттин жасалгасы
Лазердик кескичтердин жайгашуу тактыгы 10 микрометр жана кайталануучулугу 5 микрометр.[цитата керек].
Стандарттык оройлук Rz барактын калыңдыгы менен көбөйөт, бирок лазердин күчү жана кесүү ылдамдыгы менен азаят.Лазердик кубаттуулугу 800 Вт болгон аз көмүртектүү болотту кесүүдө стандарттуу оройлук Rz барактын калыңдыгы 1 мм үчүн 10 мкм, 3 мм үчүн 20 мкм жана 6 мм үчүн 25 мкм болот.
{\ Displaystyle Rz = {\ frac {12.528 \ cdot S ^ {0.542}} {P ^ {0.528} \ cdot V ^ {0.322}}}} {\ displaystyle Rz = {\ frac {12.528 \ cdot S ^ {0.542 }}{P^{0,528}\cdot V^{0,322}}}}
Бул жерде: {\displaystyle S=}S= болоттун калыңдыгы мм;{\displaystyle P=}P= кВттагы лазердин күчү (айрым жаңы лазердик кескичтердин лазердик күчү 4 кВт);{\displaystyle V=}V= кесүү ылдамдыгы мүнөтүнө метр.[16]
Бул процесс 0,001 дюймдун (0,025 мм) чегинде өтө жакын толеранттуулуктарды кармай алат.Бөлүктүн геометриясы жана машинанын механикалык бекемдиги толеранттуулукка көп байланыштуу.Лазердик нурдун кесилишинин натыйжасында пайда болгон типтүү бети 125тен 250 микро-дюймга чейин (0,003 ммден 0,006 ммге чейин) болушу мүмкүн.[11]
Машина конфигурациялары
Кош паллет учуучу оптикалык лазер
Учуучу оптика лазер башы
Өнөр жай лазердик кесүүчү машиналардын үч түрдүү конфигурациясы бар: кыймылдуу материал, гибриддик жана учуучу оптика системалары.Булар лазер нурунун кесилүүчү же иштетилүүчү материалдын үстүнөн жылдырылышын билдирет.Булардын бардыгы үчүн кыймыл огу адатта X жана Y огу деп аталат.Эгерде кесүүчү баш башкарылса, анда ал Z огу катары белгиленет.
Кыймылдуу материалдык лазерлерде стационардык кесүүчү баш бар жана анын астына материалды жылдырат.Бул ыкма лазер генераторунан даярдалган бөлүгүнө чейин туруктуу аралыкты жана кесүүчү агындыларды алып салуу үчүн бир чекитти камсыз кылат.Ал азыраак оптиканы талап кылат, бирок даярдалган бөлүгүн жылдырууну талап кылат.Бул стилдеги машина эң аз нурларды жеткирүү оптикасына ээ, бирок эң жайыраак болот.
Гибриддик лазерлер бир огунда (көбүнчө X огу) жана башты кыскараак (Y) огу боюнча жылдыруучу үстөлдү камсыз кылат.Бул учуучу оптикалык машинага караганда туруктуу нур жеткирүү жолунун узундугуна алып келет жана жөнөкөй нурларды жеткирүү системасына мүмкүндүк берет.Бул учуучу оптикалык машиналарга караганда жеткирүү системасында кубаттуулуктун азайышы жана бир ватт үчүн көбүрөөк кубаттуулукка алып келиши мүмкүн.
Учуучу оптикалык лазерлерде стационардык үстөл жана кесүүчү баш (лазердик нур менен) бар, ал эки горизонталдык өлчөмдө тең кесиптин үстүндө кыймылдайт.Учуп жүрүүчү оптика кескичтер кайра иштетүү учурунда дайындаманы кыймылдатпай кармап турат жана көбүнчө материалды кысууну талап кылбайт.Кыймылдуу масса туруктуу, ошондуктан динамикага даярдалган бөлүктүн ар кандай өлчөмү таасир этпейт.Учуп жүрүүчү оптика машиналары эң ылдам түрү болуп саналат, бул жука бөлүктөрдү кесүүдө пайдалуу.[17]
Учуучу оптикалык машиналар жакынкы талаадан (резонаторго жакын) кесүү менен алыскы талаага (резонатордон алыс) кесүүчү нурдун узундугун эске алуу үчүн кандайдыр бир ыкманы колдонушу керек.Муну башкаруунун кеңири таралган ыкмаларына коллимация, адаптивдик оптика же туруктуу нурдун узундугу огунун колдонулушу кирет.
Беш жана алты октуу станоктор ошондой эле калыптанган даяр бөлүктөрдү кесүүгө мүмкүндүк берет.Кошумчалай кетсек, лазер нурун формалуу даярдалган бөлүккө багыттоо, фокустун туура аралыкты сактоо жана соплолордун кармалышы ж.б.у.с.
Импульс
Кыска мөөнөткө жогорку кубаттуулуктагы энергияны камсыз кылган импульстук лазерлер кээ бир лазердик кесүү процесстеринде, айрыкча тешүү үчүн же өтө кичинекей тешиктер же өтө төмөн кесүү ылдамдыгы талап кылынганда абдан натыйжалуу, анткени туруктуу лазер нуру колдонулса, жылуулук кесилип жаткан бүт кесим эрүү чекитине жетиши мүмкүн.
Көпчүлүк өнөр жай лазерлери NC (сандык башкаруу) программасынын көзөмөлүндө CW (үзгүлтүксүз толкун) импульсту же кесүү мүмкүнчүлүгүнө ээ.
Кош импульстук лазерлер материалды тазалоо ылдамдыгын жана тешиктин сапатын жакшыртуу үчүн бир катар импульстук жуптарды колдонушат.Негизинен, биринчи импульс материалды бетинен чыгарат, экинчиси эжектанын тешиктин же кесилген тарапка жабышып калышына жол бербейт.[18]
Посттун убактысы: 16-июнь-2022