Laser cutting is in technology dy't brûkt in laser te vaporize materialen, resultearret yn in cut edge.Hoewol it typysk brûkt wurdt foar yndustriële produksjeapplikaasjes, wurdt it no brûkt troch skoallen, lytse bedriuwen, arsjitektuer en hobbyisten.Lasersnijen wurket troch de útfier fan in laser mei hege krêft meast te rjochtsjen fia optyk.De laseroptyk en CNC (komputer numerike kontrôle) wurde brûkt om de laserstraal nei it materiaal te rjochtsjen.In kommersjele laser foar cutting materialen brûkt in beweging kontrôle systeem te folgjen in CNC of G-koade fan it patroan te snijen op it materiaal.De rjochte laserstraal is rjochte op it materiaal, dat dan of smelt, baarnt, ferdampt, of wurdt fuortblaasd troch in gasstraal, [1] en lit in râne mei in oerflakfinish fan hege kwaliteit
Skiednis
Yn 1965 waard de earste produksje laser cutting masine brûkt om te boarjen gatten yn diamant dies.Dizze masine waard makke troch it Western Electric Engineering Research Center.[3]Yn 1967, de Britten pionierden laser-assistearre soerstof jet cutting foar metalen.[4]Yn 'e iere 1970's waard dizze technology yn produksje set om titanium te snijen foar loftfeartapplikaasjes.Tagelyk waarden CO2-lasers oanpast om net-metalen te snijen, lykas tekstyl, om't CO2-lasers op dat stuit net krêftich genôch wiene om de termyske konduktiviteit fan metalen te oerwinnen.[5]
Proses
Yndustriële laser cutting fan stiel mei cutting ynstruksjes programmearre fia de CNC ynterface
Laser beam wurdt oer it generaal rjochte mei help fan in hege kwaliteit lens op it wurk sône.De kwaliteit fan 'e beam hat in direkte ynfloed op' e rjochte plakgrutte.It smelste diel fan 'e rjochte beam is oer it generaal minder as 0,0125 inch (0,32 mm) yn diameter.Ofhinklik fan materiaaldikte binne kerfbreedtes sa lyts as 0,004 inch (0,10 mm) mooglik.[6]Om fan earne oars as de râne begjinne te kinnen, wurdt foar elke sneed in pierce dien.Piercing omfettet normaal in pulsearre laserstraal mei hege krêft dy't stadichoan in gat yn it materiaal makket, en nimt bygelyks sawat 5-15 sekonden foar 0.5-inch-dik (13 mm) roestfrij stiel, bygelyks.
De parallelle strielen fan gearhingjend ljocht fan 'e laserboarne falle faak yn it berik tusken 0,06-0,08 inch (1,5-2,0 mm) yn diameter.Dizze beam wurdt normaal rjochte en fersterke troch in lens as in spegel nei in heul lyts plakje fan sawat 0,001 inch (0,025 mm) om in heul yntinse laserstraal te meitsjen.Om de glêdste mooglike finish te berikken by kontoursnijen, moat de rjochting fan beampolarisaasje rotearre wurde as it om 'e perifery fan in kontoerde wurkstik giet.Foar it snijen fan plaatmetaal is de brânpuntslingte normaal 1,5–3 inch (38–76 mm).[7]
Foardielen fan laser cutting boppe meganyske cutting omfiemet makliker workholding en redusearre fersmoarging fan workpiece (sûnt der is gjin snijflak dat kin wurde fersmoarge troch it materiaal of fersmoargje it materiaal).Precision kin better wêze, om't de laserstraal net slijt tidens it proses.Der is ek in fermindere kâns fan warping it materiaal dat wurdt snije, as laser systemen hawwe in lyts waarmte-oandwaande sône.[8]Guon materialen binne ek heul lestich as ûnmooglik om te snijen mei mear tradisjonele middels.
Lasersnijen foar metalen hat de foardielen boppe plasma-snijden om krekter te wêzen[9] en minder enerzjy te brûken by it snijen fan plaatmetaal;lykwols, de measte yndustriële lasers kinne net snije troch de gruttere metalen dikte dat plasma kin.Nijere lasermasines dy't op hegere krêft wurkje (6000 watt, yn tsjinstelling ta de 1500 watt-wurdearrings fan iere lasersnijmasines) komme plasmamasines yn har fermogen om troch dikke materialen te snijen, mar de kapitaalkosten fan sokke masines binne folle heger as dy fan plasma snijmasines dy't dikke materialen lykas stielen plaat kinne snije.[10]
Soarten
4000 watt CO2 laser cutter
D'r binne trije haadtypen fan lasers dy't brûkt wurde yn lasersnijen.De CO2-laser is geskikt foar snijden, saai en gravearjen.De neodymium (Nd) en neodymium yttrium-aluminium-granaat (Nd: YAG) lasers binne identyk yn styl en ferskille allinich yn tapassing.Nd wurdt brûkt foar saai en dêr't hege enerzjy, mar lege werhelling binne fereaske.De Nd: YAG-laser wurdt brûkt wêr't heul hege krêft nedich is en foar saai en gravearje.Sawol CO2 as Nd/Nd:YAG lasers kinne brûkt wurde foar welding.[11]
CO2-lasers wurde gewoanwei "pompt" troch in stroom troch de gasmix te stjoeren (DC-optein) of troch radiofrekwinsje-enerzjy te brûken (RF-optein).De RF-metoade is nijer en is populêrder wurden.Sûnt DC-ûntwerpen elektroden yn 'e holte nedich binne, kinne se elektrodes eroazje en plating fan elektrodesmateriaal op glêswurk en optika tsjinkomme.Sûnt RF-resonators eksterne elektroden hawwe, binne se net gefoelich foar dy problemen.CO2-lasers wurde brûkt foar yndustriële snijden fan in protte materialen, ynklusyf titanium, roestfrij stiel, myld stiel, aluminium, plestik, hout, manipulearre hout, waaks, stoffen en papier.YAG-lasers wurde benammen brûkt foar it snijen en skriuwen fan metalen en keramyk.[12]
Neist de krêftboarne kin it type gasstream ek de prestaasjes beynfloedzje.Algemiene farianten fan CO2-lasers omfetsje snelle axiale stream, trage axiale stream, transversale stream, en slab.Yn in snelle axiale streamresonator wurdt it mingsel fan koaldiokside, helium en stikstof mei hege snelheid sirkulearre troch in turbine of blower.Dwarsstreamlasers sirkulearje de gasmix op in legere snelheid, wêrtroch in ienfâldiger blazer nedich is.Slab of diffusion kuolle resonators hawwe in statyske gas fjild dat fereasket gjin pressurization of glassware, dy't liedt ta besparring op ferfangende turbines en glês.
De lasergenerator en eksterne optika (ynklusyf de fokuslens) fereaskje koeling.Ofhinklik fan systeemgrutte en konfiguraasje kin ôffalwaarmte wurde oerbrocht troch in koelmiddel of direkt nei loft.Wetter is in gewoan brûkte koelmiddel, meastentiids sirkulearre troch in koeler as waarmteferfiersysteem.
laser microjet is in wetter-jet begelaat laser wêryn in pulsed laser beam wurdt keppele oan in lege-druk wetter jet.Dit wurdt brûkt om lasersnijfunksjes út te fieren by it brûken fan de wetterjet om de laserstraal te begelieden, in protte as in glêstried, troch totale ynterne refleksje.De foardielen hjirfan binne dat it wetter ek ôffal ferwideret en it materiaal koelt.Oanfoljende foardielen boppe tradisjoneel "droech" laser cutting binne hege dicing snelheden, parallel kerf, en omnidirectional cutting.[13]
Fiberlasers binne in soarte fan solid state laser dy't rap groeit yn 'e metaalsnijsektor.Oars as CO2 brûkt Fibertechnology in bêst winstmedium, yn tsjinstelling ta in gas as floeistof.De "seed laser" produsearret de laser beam en wurdt dan fersterke binnen in glêstried.Mei in golflingte fan mar 1064 nanometer produsearje fiberlasers in ekstreem lytse spotgrutte (oant 100 kear lytser yn ferliking mei de CO2), wêrtroch it ideaal is foar it snijen fan reflektyf metaalmateriaal.Dit is ien fan de wichtichste foardielen fan Fiber yn ferliking mei CO2.[14]
Fiber laser cutter foardielen omfetsje: -
Rapid ferwurkingstiden.
Fermindere enerzjyferbrûk en rekkens - troch gruttere effisjinsje.
Gruttere betrouberens en prestaasjes - gjin optyk om oan te passen of út te rjochtsjen en gjin lampen om te ferfangen.
Minimal ûnderhâld.
De mooglikheid om heul reflektearjende materialen lykas koper en messing te ferwurkjen
Hegere produktiviteit - legere operasjonele kosten biede in grutter rendemint op jo ynvestearring.[15]
Metoaden
D'r binne in protte ferskillende metoaden foar snijden mei lasers, mei ferskate soarten brûkt om ferskate materiaal te snijen.Guon fan 'e metoaden binne vaporization, melt en blaas, melt blaas en burn, termyske stress cracking, scribing, kâld cutting en baarnende stabilisearre laser cutting.
Vaporization cutting
By ferdampingssnijen ferwaarmt de rjochte beam it oerflak fan it materiaal nei flitspuntpunt en genereart in kaaigat.It kaaigat liedt ta in hommelse tanimming fan absorptiviteit dy't it gat fluch ferdjipje.As it gat ferdjippet en it materiaal siedt, erodearret damp generearre de smelte muorren dy't útwaaie en it gat fierder fergrutsje.Net-smeltend materiaal lykas hout, koalstof en thermoset plestik wurde normaal troch dizze metoade snijd.
Smelt en blaze
Melt en blaas of fúzje cutting brûkt hege druk gas te blazen smelte materiaal út it cutting gebiet, sterk ôfnimme de macht eask.Earst wurdt it materiaal ferwaarme oant it smeltpunt, dan blaast in gasjet it smelte materiaal út 'e kerf, sadat de needsaak om de temperatuer fan it materiaal noch fierder te ferheegjen.Materialen snije mei dit proses binne meastal metalen.
Thermal stress cracking
Bros materialen binne benammen gefoelich foar termyske breuk, in funksje brûkt yn termyske stress cracking.In beam is rjochte op it oerflak wêrtroch lokale ferwaarming en termyske útwreiding feroarsaket.Dit resulteart yn in barst dy't dan liede kin troch it ferpleatsen fan de balke.De crack kin wurde ferpleatst yn folchoarder fan m / s.It wurdt normaal brûkt by it snijen fan glês.
Stealth dicing fan silisium wafels
Fierdere ynformaasje: Wafer dicing
De skieding fan mikro-elektroanyske chips lykas taret yn 'e fabryk fan semiconductor-apparaten fan silisiumwafels kin wurde útfierd troch it saneamde stealth-dicing-proses, dat wurket mei in pulsearre Nd: YAG-laser, wêrfan de golflingte (1064 nm) goed oanpast is oan de elektroanyske band gap fan silisium (1.11 eV of 1117 nm).
Reaktive cutting
Ek neamd "burning stabilized laser gas cutting", "flamme cutting".Reaktyf cutting is as soerstof fakkel cutting mar mei in laser beam as de ignition boarne.Meast brûkt foar cutting koalstof stiel yn dikten mear as 1 mm.Dit proses kin brûkt wurde om te snijen hiel dikke stielen platen mei relatyf lytse laser macht.
Tolerânsjes en oerflak finish
Laser cutters hawwe posisjonearring krektens fan 10 mikrometer en repeatability fan 5 mikrometer.[sitaat nedich]
Standert ruwheid Rz nimt ta mei de sheet dikte, mar nimt ôf mei laser macht en cutting snelheid.By it snijen fan lege koalstofstiel mei laserkrêft fan 800 W, is standert rûchheid Rz 10 μm foar plaatdikte fan 1 mm, 20 μm foar 3 mm, en 25 μm foar 6 mm.
{\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}}}}
Wêr: {\displaystyle S=}S= stielplaatdikte yn mm;{\displaystyle P=}P= laserkrêft yn kW (guon nije lasersnijders hawwe laserkrêft fan 4 kW);{\displaystyle V=}V= snijsnelheid yn meter per minút.[16]
Dit proses is yn steat om frij nauwe tolerânsjes te hâlden, faaks binnen 0,001 inch (0,025 mm).Dielgeometry en de meganyske solidens fan 'e masine hawwe in protte te krijen mei tolerânsjemooglikheden.De typyske oerflakfinish dy't ûntstiet út laserstraal-snijen kin fariearje fan 125 oant 250 mikro-inch (0,003 mm oant 0,006 mm).[11]
Machine konfiguraasjes
Dual-pallet fleanende optyske laser
Fleanende optyk laser holle
D'r binne oer it algemien trije ferskillende konfiguraasjes fan yndustriële lasersnijmasines: bewegend materiaal, hybride en fleanende optyksystemen.Dizze ferwize nei de manier wêrop de laserstraal oer it te snijen of ferwurke materiaal wurdt ferpleatst.Foar al dizze binne de bewegingsassen typysk as X- en Y-as oanwiisd.As de snijkop kin wurde regele, wurdt it oanwiisd as de Z-as.
Moving materiaal lasers hawwe in stasjonêre cutting holle en ferpleatse it materiaal ûnder it.Dizze metoade soarget foar in konstante ôfstân fan 'e lasergenerator nei it wurkstik en in inkeld punt dêr't it ôffal fan snijden fuortsmiten wurdt.It fereasket minder optyk, mar fereasket it ferpleatsen fan it wurkstik.Dizze stylmasine hat de minste optyk foar beamlevering, mar hat ek de stadichste.
Hybride lasers jouwe in tafel dy't beweecht yn ien as (meastal de X-as) en ferpleatse de kop lâns de koartere (Y) as.Dit resultearret yn in mear konstante beam levering paad lingte as in fleanende optyske masine en kin tastean in ienfâldiger beam levering systeem.Dit kin resultearje yn fermindere macht ferlies yn it levering systeem en mear kapasiteit per watt as fleanende optyske masines.
Fleanende optika lasers hawwe in stasjonêre tafel en in cutting holle (mei laser beam) dy't beweecht oer it workpiece yn beide fan de horizontale ôfmjittings.Fleanende optyske cutters hâlde it wurkstik stasjonêr by it ferwurkjen en hawwe faak gjin materiaalklemming nedich.De bewegende massa is konstant, dus dynamyk wurdt net beynfloede troch wikseljende grutte fan it wurkstik.Fleanende optykmasines binne it fluchste type, wat foardielich is by it snijen fan tinnere wurkstikken.[17]
Fleanende optyske masines moatte wat metoade brûke om rekken te hâlden mei de feroarjende beamlingte fan tichtby fjild (ticht by resonator) cutting nei fier fjild (fier fuort fan resonator) cutting.Algemiene metoaden foar it kontrolearjen fan dit omfetsje kollimaasje, adaptive optika of it brûken fan in konstante beamlengte-as.
Fiif en seis assen masines tastean ek cutting foarme workpieces.Derneist binne d'r ferskate metoaden foar it oriïntearjen fan de laserstraal nei in foarmwurkstik, it behâld fan in goede fokusôfstân en nozzle-standoff, ensfh.
Pulsearjend
Pulsearre lasers dy't foar in koarte perioade in krêftige burst fan enerzjy leverje, binne heul effektyf yn guon lasersnijprosessen, benammen foar piercing, of as heul lytse gatten of heul lege snijsnelheden nedich binne, om't as in konstante laserstraal brûkt waard, de waarmte koe berikke it punt fan smelten it hiele stik wurdt snije.
De measte yndustriële lasers hawwe de mooglikheid om CW (continuous wave) te pulsearjen of te snijen ûnder NC (numerike kontrôle) programmakontrôle.
Dûbele pulslasers brûke in searje pulspearen om materiaalferwideringsrate en gatkwaliteit te ferbetterjen.Yn essinsje ferwideret de earste puls materiaal fan it oerflak en de twadde foarkomt dat de ejecta oan 'e kant fan' e gat kleeft of snije.[18]
Post tiid: Jun-16-2022