טכנולוגיית חיתוך לייזר חייבת להיות מוכרת לכולם. טכנולוגיית חיתוך לייזר היא שיטת עיבוד המשתמשת בקרן לייזר בצפיפות אנרגיה גבוהה כדי לחתוך במדויק חומרים. הוא נמצא בשימוש נרחב בעיבוד חומרים מתכתיים ואינם מתכת. ציוד חיתוך הלייזר הנפוץ ביותר הוא מכונות חיתוך לייזר.
מכונות חיתוך לייזר משתמשות בעקרון החיתוך של לייזרים. ליבת חיתוך הלייזר היא קרן הלייזר הנוצרת על ידי לייזר בעל עוצמה גבוהה. באמצעות מערכת רפלקטור ועדשות, ובמיוחד עדשה מתמקדת, הקורה ממוקדת למקום קטן מאוד, בדרך כלל בקוטר של עשרות מיקרון בלבד למאות מיקרון, ובכך יוצרים צפיפות אנרגיה גבוהה מאוד על פני החומר המעובד.
תחת הקרנת לייזרים בצפיפות אנרגיה גבוהה, פני החומר מתחממים במהירות עד אלפים לעשרות אלפי מעלות צלזיוס, מה שגורם לחומר להתמוסס, להתאדות או לשרוף באופן מיידי. עבור חומרי מתכת, יתכן שיש גם תגובת חמצון.
בתהליך חיתוך הלייזר, לרוב משתמשים בגזים עזר בלחץ גבוה (כמו חמצן, חנקן, ארגון או אוויר דחוס וכו '). מצד אחד הם עוזרים לפוצץ את החומרים המותכים או המאדים, ומצד שני הם מגנים על אזור החיתוך, מפחיתים את האזור המושפע בחום ומשפרים את איכות החיתוך ואת המהירות.
הפרמטרים העיקריים של התהליך של חיתוך לייזר הם חיתוך כוח לייזר, רוחב חתך, מהירות חיתוך וקצב זרימת גז. גורמים אחרים, כמו איכות קרן לייזר, אורך מוקד העדשות, דמוקוס וזרבוב, משפיעים גם הם על חיתוך לייזר.
(1) כוח לייזר
עבור תכונות חומר, אם הרפלקטיביות של החומר השטח גבוהה, אז כאשר הלייזר מקרין את פני החומר, אנרגיה רבה יותר תשתקף בחזרה במקום להיספג על ידי החומר לחיתוך. לכן, על מנת להבטיח אנרגיה מספקת לחיתוך, יש להגדיל את כוח הלייזר. באופן דומה, אם המוליכות התרמית של החומר טובה, החום שנוצר על ידי הקרנת הלייזר יתבצע במהירות בתוך החומר, מה שמקשה על טמפרטורת שטח החיתוך לעלות לרמה המספיקה לחיתוך. במקרה זה, יש להגדיל גם את כוח הלייזר כדי לשפר את יעילות החיתוך. בנוסף, חיתוך חומרים עם נקודות התכה גבוהות דורש גם כוח לייזר גדול יותר וצפיפות כוח. הסיבה לכך היא שחומרים עם נקודות התכה גבוהות דורשות יותר אנרגיה כדי להמיס או לאדות אותם, ובכך להשיג את מטרת החיתוך.
(2) מהירות חיתוך
בתנאי כוח מסוימים, כאשר עובי הצלחת גדל, קרן הלייזר צריכה לחדור לשכבות חומר עמוקות יותר כדי להשלים את החיתוך. מחקרים הראו כי הקשר בין מהירות חיתוך לחספוס פני השטח החתוך אינו קשר לינארי פשוט, אלא מראה מגמת שינוי בצורת U. משמעות הדבר היא כי עבור חומרים בעלי עובי צלחת שונים ותנאי לחץ גז חיתוך שונים, קיימת נקודת מהירות חיתוך אופטימלית. בעת חיתוך במהירות זו ניתן למזער את ערך החספוס של משטח החיתוך, כלומר החיתוך הוא החלק ביותר. באופן כללי, ככל שמהירות החיתוך מהר יותר, כך הכוח הנדרש גדול יותר.
(3) לחץ גז (זרימת גז)
במהלך תהליך חיתוך ההיתוך, קרן הלייזר מחממת את החומר לטמפרטורת ההיתוך. בשלב זה הגז פוצץ את המתכת הנוזלית ליצירת חתך. לחץ הגז חייב להיות גדול מספיק כדי להסיר ביעילות את המתכת המותכת ולהבטיח את המשכיות החיתוך ואת בהירות החתך. קצב זרימת הגז קשור גם לצורת הזרבובית. לצורות זרבובית שונות השפעות שונות על התפלגות ותכונות הזרימה של הגז, כך שקצב זרימת הגז הרלוונטי יהיה שונה גם הוא. בעת בחירת הזרבובית וקביעת קצב זרימת הגז, יש צורך להתאים ולייעל את דרישות החיתוך והתכונות החומר הספציפיות.
(4) איכות קרן, אורך מוקד העדשות ודימוקוס
פלט מצב הקורה על ידי הלייזר הוא קריטי לאפקט החיתוך. מצב הרוחב הבסיסי (TEM 00 מצב) קרן נחשבת למצב הקורה האידיאלי ביותר בחיתוך לייזר בגלל קוטר הקורה הקטן שלו ואנרגיה מרוכזת. מחקרים ניסויים הראו שרוחב החתך כמעט שווה לקוטר נקודת הלייזר בחיתוך שאינו בסיוע חמצן. גודל הספוט פרופורציונלי לאורך המוקד של עדשת המיקוד, כלומר ככל שאורך המוקד ארוך יותר, כך המקום גדול יותר; ככל שאורך המוקד קצר יותר, כך המקום קטן יותר. עם זאת, למרות שעדשה קצרה באורך מוקד יכולה להשיג נקודה קטנה יותר, עומק המוקד שלה מופחת גם בהתאם. ככל שהעומק המוקד קטן יותר, כך דרישת המרחק מחמירה יותר משטח היצירה לעדשה. לערך Democus השפעה רבה על מהירות החיתוך ועומק החיתוך, והוא חייב להישאר ללא שינוי במהלך תהליך החיתוך. באופן כללי, ערך Democus הוא ערך שלילי, כלומר, מיקום המיקוד ממוקם בנקודה מסוימת מתחת לפני השטח של צלחת החיתוך.
(5) זרבובית
הזרבובית היא מרכיב חשוב המשפיע על האיכות והיעילות של חיתוך לייזר. חיתוך לייזר משתמש בדרך כלל בזרבובית קואקסיאלית (זרימת אוויר וציר אופטי קונצנצתי), ויש לבחור את קוטר יציאת הזרבובית על פי עובי הצלחת. בנוסף, למרחק מהזרבוב למשטח היצירה יש השפעה רבה גם על איכות החיתוך. על מנת להבטיח את יציבות תהליך החיתוך, יש לשמור על מרחק זה קבוע.
חיתוך לייזר של חומרים תעשייתיים
(1) חיתוך לייזר של חומרי מתכת
כמעט לכל חומרי המתכת יש רפלקטיביות גבוהה לאור אינפרא אדום בטמפרטורת החדר. לדוגמה, קצב הקליטה של 1 0. 6 מיקרומטר פחמן דו חמצני לייזר הוא רק 0.5%~ 10%. עם זאת, כאשר צפיפות ההספק עולה על הקורה הממוקדת של, פני השטח יכולים להתחיל להתמוסס במיקרו -שניות. שיעור הקליטה של מרבית המתכות המותכות יעלה בחדות, בדרך כלל עד 60%~ 80%. לפיכך, לייזרי פחמן דו חמצני שימשו בהצלחה בפרקטיקות חיתוך מתכתיות רבות.
העובי המרבי של לוחות פלדת פחמן הניתנים לחתוך על ידי מערכות חיתוך לייזר מודרניות חרג על 2 0 מ"מ. ניתן לשלוט בתפר החיתוך של לוחות פלדת פחמן בטווח רוחב משביע רצון על ידי שיטת חיתוך התכה בסיוע חמצן, ותפר החיתוך של צלחות פלדה דקות יכול להיות צר כמו 0.1 מ"מ. חיתוך לייזר הוא שיטת עיבוד יעילה עבור צלחות נירוסטה. הוא יכול לשלוט על האזור המושפע בחום בטווח קטן מאוד, ובכך לשמור על עמידות בפני קורוזיה. מרבית פלדות המבניות של סגסוגת ופלדות הכלים לסגסוגת יכולות להשיג איכות חדישה טובה על ידי חיתוך לייזר.
לא ניתן לחתוך סגסוגות אלומיניום ואלומיניום בעזרת התכה בסיוע חמצן. יש להשתמש במנגנון חיתוך התכה. חיתוך לייזר אלומיניום דורש צפיפות כוח גבוהה מאוד כדי להתגבר על ההשתקפות הגבוהה שלו ללייזרים באורך גל של 10.6 מיקרומטר. 1. 06 מיקרומטר אורך גל יג קורות לייזר יג יכולות לשפר מאוד את איכות החיתוך ואת המהירות של חיתוך לייזר אלומיניום בגלל קצב הספיגה הגבוה שלהם.
סגסוגות טיטניום וטיטניום המשמשות בדרך כלל בתעשיית ייצור המטוסים יש תגובות כימיות עזות כאשר חמצן משמש כגז עזר, ומהירות החיתוך מהירה, אך קל ליצור שכבת תחמוצת בחוד החיתוך, ואפילו גורם להפיץ יתר.
בטוח יותר להשתמש בגז אינרטי כגז עזר כדי להבטיח את איכות החיתוך. ניתן לחתוך את רוב הסגסוגות מבוססות ניקל גם עם התכה בסיוע חמצן. לסגסוגות נחושת ונחושת יש רפלקטיביות גבוהה מדי ובעצם לא ניתן לחתוך עם לייזרי פחמן דו חמצני של 10.6 מיקרומטר.
(2) חיתוך לייזר של חומרים לא מתכתיים
קרן הלייזר CO2 של 10.6 מיקרומטר נספגת בקלות על ידי חומרים לא מתכתיים. טמפרטורת ההשתקפות והאידוי הנמוכה שלה מאפשרים כמעט לכל אנרגיית האור הספוגה להיכנס לחומר, ולגרום מייד לאידוי ליצירת חורים, ונכנסים למחזור טוב של תהליך החיתוך. ניתן לחתוך פלסטיקה, גומי, עץ, מוצרי נייר, עור, בדים טבעיים וחומרים אורגניים אחרים. עם זאת, עובי העץ חייב להיות מוגבל. עובי לוחות העץ נמצא בטווח של 75 מ"מ, ועובי הלמינטים ולוחות שבבי העץ הוא בערך 25 מ"מ. בין חומרים אורגניים ניתן לחתוך קוורץ וקרמיקה על ידי לייזר. יש לחתוך את האחרון עם שבר מבוקר ואין להשתמש בהספק גבוה. זכוכית ואבן בדרך כלל אינם מתאימים לחיתוך לייזר.
ניתן לחתוך חומרים אחרים שקשה לעבד בשיטות קונבנציונאליות, כגון חומרים מורכבים וקרבידים מלטים, על ידי לייזר, אך יש לבחור מנגנוני חיתוך סבירים ופרמטרי תהליכים באמצעות ניסויים.
ביישום בפועל של טכנולוגיית חיתוך לייזר, שיפור יעילות החיתוך, שיפור איכות החיתוך והפחתת עלויות החיתוך הם אחד הדברים שאנחנו צריכים לקחת בחשבון לעתים קרובות.
שיפור טכנולוגיית חיתוך הלייזר לשיפור יעילות הייצור, קיצוץ באיכות והפחתת העלויות יכול להיעשות מההיבטים הבאים:
1. עם קידום טכנולוגיית הלייזר, השימוש בלייזרים בעלי עוצמה גבוהה יותר (כגון 10, 000- לייזרי וואט) יכול להגדיל משמעותית את מהירויות החיתוך, תוך הפחתת אזורים מושפעים מחום ועיוות חומרי, מה שהופך את החיתוך ליעיל ואיכותי יותר, במיוחד לחיתוך חומרים עבים יותר.
2. התאם באופן סביר פרמטרים כמו כוח לייזר, מהירות חיתוך, סוג גז עזר ולחץ, והמרחק בין הזרבובית לחומר, וביצוע הגדרות מפורטות על בסיס חומרים ספציפיים ודרישות חיתוך. מצא את שילוב הפרמטרים האופטימלי באמצעות בדיקות מרובות כדי לשפר את יעילות החיתוך ואיכות החיתוך.
3. דרך מערכת ההתמקדות האוטומטית, מיקום מיקוד הלייזר מותאם אוטומטית בהתאם לעובי החומר והסוג כדי להבטיח את דיוק החיתוך.
4. צמצם את זמן ההפצה ושיפור יעילות התפעול הכוללת על ידי הזזת מהיר של ראש החיתוך לנקודת ההתחלה הבאה.
5. לזהות אוטומטית קצוות חומרים וזוויות הטיה, מתאימים אוטומטית את נתיב החיתוך והפחיתו פסולת חומרים וזמן עיבוד מראש.
6. השתמש בתוכנת CNC כדי לדמות חיתוך, לתכנן את נתיב החיתוך הפשוט ביותר, להפחית משיכות ריקות ולשפר את השימוש בחומרים ומהירות החיתוך.
7. תחזוקה ושירות באופן קבוע של מכונת חיתוך הלייזר, כגון החלפת חלקים לבישת, ניקוי רכיבים אופטיים, ציוד כיול וכו ', כדי להבטיח הפעלה יציבה לטווח הארוך של הציוד ולשמור על ביצועי חיתוך מיטביים.
8. שמור על סביבת העבודה של מכונת חיתוך הלייזר נקייה, עם טמפרטורה מתאימה ולחות בינונית כדי למנוע את ההשפעה של אבק ולחות מופרזת על הציוד ואפקט החיתוך.
9. השתמש במערכות בקרה ותוכנה מתקדמות יותר של CNC כדי לשפר את דיוק הבקרה ואת מהירות התגובה, ותומך במשימות חיתוך מורכבות יותר.
10. המשך לשים לב להתפתחויות חדשות בטכנולוגיית לייזר, כמו מקורות לייזר יעילים יותר, מערכות אופטיות מתקדמות יותר, אלגוריתמי תוכנה חכמים וכו ', כדי לשפר ברציפות יכולות חיתוך.