Τα βασικά της κοπής με λέιζερ

Τα λέιζερ χρησιμοποιήθηκαν για πρώτη φορά για κοπή ήδη από τη δεκαετία του 1970. Στη σύγχρονη βιομηχανική παραγωγή, η κοπή με λέιζερ χρησιμοποιείται ευρύτερα σε λαμαρίνες, πλαστικά, γυαλί, κεραμικά, ημιαγωγούς, υφάσματα, επεξεργασία ξύλου και χαρτιού και άλλα υλικά.

 

 

Όταν η εστιασμένη δέσμη λέιζερ χτυπήσει το τεμάχιο εργασίας, η ακτινοβολούμενη περιοχή θερμαίνεται δραματικά για να λιώσει ή να εξατμιστεί το υλικό. Μόλις η ακτίνα λέιζερ διεισδύσει στο τεμάχιο εργασίας, ξεκινά η διαδικασία κοπής: η δέσμη λέιζερ κινείται κατά μήκος της γραμμής περιγράμματος ενώ λιώνει το υλικό. Το λιωμένο υλικό συνήθως διοχετεύεται μακριά από το στόμιο με πίδακα αέρα, αφήνοντας μια στενή σχισμή μεταξύ του κομμένου τμήματος και της βάσης πλάκας που είναι σχεδόν τόσο πλάτος όσο η εστιασμένη δέσμη λέιζερ.

 

Κοπή φλόγας
Η κοπή με φλόγα είναι μια τυπική διαδικασία που χρησιμοποιείται κατά την κοπή μαλακού χάλυβα, χρησιμοποιώντας οξυγόνο ως αέριο κοπής. Το οξυγόνο υπόκειται σε πίεση έως και 6 bar και διοχετεύεται στην τομή. Εκεί, το θερμαινόμενο μέταλλο αντιδρά με το οξυγόνο: αρχίζει να καίγεται και να οξειδώνεται. Η χημική αντίδραση απελευθερώνει μεγάλη ποσότητα ενέργειας (έως και πέντε φορές την ενέργεια του λέιζερ) η οποία βοηθά τη δέσμη λέιζερ στην κοπή.

 

Κοπή τήξης
Η κοπή με τήξη είναι μια άλλη τυπική διαδικασία που χρησιμοποιείται κατά την κοπή μετάλλων. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την κοπή άλλων εύτηκτων υλικών όπως κεραμικά.

Ως αέριο κοπής χρησιμοποιείται άζωτο ή αργό και μια πίεση αερίου από 2 έως 20 bar διοχετεύεται μέσω της κεφαλής. Το αργό και το άζωτο είναι αδρανή αέρια, πράγμα που σημαίνει ότι δεν αντιδρούν με το λιωμένο μέταλλο στην κεφαλή, αλλά απλώς το φυσούν προς τον πυθμένα. Ταυτόχρονα, τα αδρανή αέρια προστατεύουν την κομμένη άκρη από την οξείδωση του αέρα.

 

Κοπή πεπιεσμένου αέρα
Ο πεπιεσμένος αέρας μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την κοπή λεπτών πλακών. Ο αέρας με πίεση σε 5-6 bar είναι αρκετός για να φυσήξει το λιωμένο μέταλλο στην κοπή. Δεδομένου ότι σχεδόν το 80% του αέρα είναι άζωτο, η κοπή με πεπιεσμένο αέρα είναι ουσιαστικά μια κοπή τήξης.

 

Κοπή με τη βοήθεια πλάσματος
Εάν οι παράμετροι έχουν επιλεγεί σωστά, θα εμφανιστεί ένα σύννεφο πλάσματος στην κεφαλή κοπής σύντηξης με τη βοήθεια πλάσματος. Το νέφος πλάσματος αποτελείται από ατμό ιονισμένου μετάλλου και ιονισμένο αέριο κοπής. Το νέφος πλάσματος απορροφά την ενέργεια του λέιζερ CO2 και τη μετατρέπει στο τεμάχιο εργασίας, έτσι ώστε περισσότερη ενέργεια να συνδέεται με το τεμάχιο εργασίας και το υλικό να λιώνει πιο γρήγορα, με αποτέλεσμα μεγαλύτερη ταχύτητα κοπής. Για το λόγο αυτό, αυτή η διαδικασία κοπής ονομάζεται επίσης κοπή πλάσματος υψηλής ταχύτητας.

Το νέφος πλάσματος είναι στην πραγματικότητα διαφανές σε σχέση με τα λέιζερ στερεάς κατάστασης, επομένως η κοπή τήξης με τη βοήθεια πλάσματος είναι δυνατή μόνο με λέιζερ CO2.

 

Κοπή αεριοποίησης
Η κοπή εξάτμισης ατμίζει το υλικό, ελαχιστοποιώντας τη θερμική επίδραση στο περιβάλλον υλικό. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με τη χρήση συνεχούς επεξεργασίας λέιζερ CO2 για την εξάτμιση υλικών χαμηλής θερμότητας και υψηλής απορρόφησης, όπως λεπτές πλαστικές μεμβράνες, καθώς και υλικά που δεν λιώνουν, όπως ξύλο, χαρτί και αφρός.
Τα Ultrashort παλμικά λέιζερ επιτρέπουν την εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας σε άλλα υλικά. Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια στο μέταλλο απορροφούν το λέιζερ και θερμαίνονται δραματικά. Ο παλμός λέιζερ δεν αντιδρά με τα λιωμένα σωματίδια και το πλάσμα, το υλικό εξαχνώνεται άμεσα και δεν υπάρχει χρόνος για να μεταφερθεί η ενέργεια στο περιβάλλον υλικό με τη μορφή θερμότητας. Οι παλμοί Picosecond αφαιρούν το υλικό χωρίς ορατό θερμικό αποτέλεσμα, χωρίς τήξη και χωρίς σχηματισμό γρεζιών.

 

Παράμετροι: Προσαρμογή της διαδικασίας
Πολλές παράμετροι επηρεάζουν τη διαδικασία κοπής με λέιζερ, μερικές από τις οποίες εξαρτώνται από την τεχνική απόδοση του λέιζερ και της μηχανής, ενώ άλλες είναι μεταβλητές.

 

Πόλωση
Η πόλωση υποδεικνύει ποιο ποσοστό του φωτός λέιζερ μετατρέπεται. Η τυπική πόλωση είναι συνήθως περίπου 90%. Αυτό είναι αρκετό για κοπή υψηλής ποιότητας.

Διάμετρος εστίασης
Η εστιακή διάμετρος επηρεάζει το πλάτος της κοπής και μπορεί να αλλάξει αλλάζοντας την εστιακή απόσταση του φακού εστίασης. Μικρότερη εστιακή διάμετρος σημαίνει στενότερη κεφαλή.

Θέση εστίασης
Η θέση του εστιακού σημείου καθορίζει τη διάμετρο της δέσμης και την πυκνότητα ισχύος στην επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας καθώς και το σχήμα της κεφαλής.

Ισχύς λέιζερ
Η ισχύς του λέιζερ πρέπει να ταιριάζει με τον τύπο επεξεργασίας, τον τύπο του υλικού και το πάχος. Η ισχύς πρέπει να είναι αρκετά υψηλή ώστε η πυκνότητα ισχύος στο τεμάχιο εργασίας να υπερβαίνει το κατώφλι επεξεργασίας.