Definicja
Cięcie laserowe jest metodą cięcia termicznego, która wykorzystuje skupioną wiązkę lasera o dużej gęstości mocy do napromieniowania materiału, który ma zostać przecięty, powodując szybkie nagrzanie materiału i osiągnięcie punktu zapłonu, a następnie stopienie, ablację, odparowanie i odparowanie, tworząc otwory. Gdy wiązka przesuwa się po materiale, otwory powiększają się, tworząc węższe szczeliny, a jednocześnie stopiony materiał jest zdmuchiwany przez gaz roboczy pod wysokim ciśnieniem, aby ukończyć gładkie i czyste cięcie.
Zasada
Laser wykorzystuje wzbudzenie substancji do generowania wiązki. Ta wiązka ma wysoką temperaturę. Podczas kontaktu z materiałem może szybko stopić się na powierzchni materiału, tworząc otwór. Zgodnie z ruchem punktu rejestracji, powstaje cięcie. W porównaniu z tradycyjną metodą cięcia, metoda cięcia ma mniejszą szczelinę i może zaoszczędzić większość materiału. Jednak analiza jest definiowana zgodnie z efektem cięcia. Materiał, który jest cięty zgodnie z laserem, ma zadowalający efekt cięcia i wysoką dokładność. Jest to dziedziczone Oprócz zalet lasera, jest on również niezrównany przez zwykłe metody cięcia.
rodzaje
Cięcie laserowe dzieli się na cztery kategorie: cięcie przez odparowanie, cięcie przez topienie, cięcie tlenem, rycie i kontrolowane pękanie.
1. Cięcie laserowe przez odparowanie
Używając wiązki lasera o wysokiej gęstości energii do podgrzania przedmiotu obrabianego, temperatura gwałtownie wzrasta, osiąga punkt wrzenia materiału w bardzo krótkim czasie, a materiał zaczyna parować, tworząc parę. Prędkość wyrzutu tych oparów jest bardzo duża, a jednocześnie, gdy opary są wyrzucane, w materiale tworzy się cięcie. Ciepło parowania materiałów jest na ogół bardzo duże, więc parowanie laserowe i cięcie wymagają dużej mocy i gęstości mocy.
Cięcie przez odparowanie jest stosowane głównie w przypadku bardzo cienkich materiałów metalowych i niemetalowych (takich jak papier, tkanina, drewno, plastik, guma itp.).
2. Cięcie laserowe
W cięciu przez topienie materiał metalowy jest topiony przez nagrzewanie laserowe, a następnie gaz nieutleniający (Ar, He, N itp.) jest rozpylany przez dyszę współosiową z wiązką, a ciekły metal jest odprowadzany przez silne ciśnienie gazu, aby utworzyć cięcie. Cięcie przez topienie laserowe nie musi całkowicie odparować metalu, a wymagana energia stanowi tylko 1/10 energii cięcia przez parowanie.
Cięcie przez topienie jest stosowane głównie w przypadku materiałów, które nie utleniają się łatwo lub są metalami aktywnymi, np. stal nierdzewna, tytan, aluminium i ich stopy.
3. Cięcie laserowe tlenem
Zasada cięcia tlenowo-tlenowego jest podobna do cięcia tlenowo-acetylenowego. Wykorzystuje wiązkę lasera jako źródło ciepła do podgrzewania wstępnego i aktywny gaz, taki jak tlen, jako gaz tnący. Z jednej strony, wydmuchiwany gaz wchodzi w interakcję z ciętym metalem, powodując reakcję utleniania i emitując dużą ilość ciepła utleniania; z drugiej strony, stopiony tlenek i stop są wydmuchiwane ze strefy reakcji, tworząc nacięcie w metalu. Ponieważ reakcja utleniania w procesie cięcia generuje dużo ciepła, energia wymagana do cięcia tlenowo-laserowego wynosi tylko 1/2 cięcia przez topienie, a prędkość cięcia jest znacznie większa niż cięcia przez odparowanie i cięcia przez topienie. Cięcie tlenem laserowym jest najczęściej stosowane w przypadku łatwo utleniających się materiałów metalowych, takich jak stal węglowa, stal tytanowa i stal poddana obróbce cieplnej.
4. Grawerowanie laserowe i kontrolowane pękanie
Grawerowanie laserowe wykorzystuje laser o wysokiej gęstości energii do skanowania powierzchni kruchego materiału, tak aby materiał był podgrzewany w celu odparowania małego rowka, a następnie przyłożone zostaje pewne ciśnienie, kruchy materiał pęknie wzdłuż małego rowka. Lasery do grawerowania są zazwyczaj Q-switch i CO2 lasery.
Kontrola pęknięć polega na wykorzystaniu stromego rozkładu temperatury powstającego w wyniku rowkowania laserowego, które generuje lokalne naprężenia cieplne w kruchym materiale i pęka materiał wzdłuż małego rowka.
Funkcje
W porównaniu z innymi metodami cięcia termicznego, cięcie laserowe charakteryzuje się dużą prędkością cięcia i wysoką jakością. Podsumowane szczegółowo jako następujące aspekty.
1. Dobra jakość cięcia
Dzięki małej powierzchni cięcia, dużej gęstości energii i dużej prędkości cięcia możliwe jest uzyskanie wysokiej jakości cięcia.
a. Nacięcie tnące jest wąskie, obie strony szczeliny są równoległe i prostopadłe do powierzchni, a dokładność wymiarowa ciętych części może osiągnąć ±0.05mm.
b. Powierzchnia cięcia jest gładka i czysta, chropowatość powierzchni wynosi zaledwie dziesiątki mikronów, bez obróbki mechanicznej, a części można używać bezpośrednio.
c. Po cięciu laserowym materiału szerokość strefy wpływu ciepła jest bardzo mała, wydajność materiału w pobliżu szczeliny prawie nie ulega pogorszeniu, a odkształcenie przedmiotu obrabianego jest niewielkie, dokładność cięcia jest wysoka, geometria szczeliny jest dobra, a kształt przekroju poprzecznego szczeliny jest bardziej regularny, jak prostokąt.
2. Wysoka wydajność cięcia
Ze względu na cechy przekładni, przecinarka laserowa jest zazwyczaj wyposażona w wiele stołów roboczych CNC, a cały proces cięcia może być w pełni kontrolowany przez CNC. Podczas pracy wystarczy zmienić program sterowania numerycznego, można go stosować do cięcia części o różnych kształtach, zarówno cięcia dwuwymiarowego, jak i trójwymiarowego.
3. Duża prędkość cięcia
Używając lasera o mocy 1200W ciąć 2mm gruba blacha ze stali niskowęglowej, prędkość cięcia może osiągnąć 600 cm/min; cięcie 5mm gruba płyta z żywicy polipropylenowej, prędkość cięcia może osiągnąć 1200 cm/min. Materiał nie musi być zaciskany i mocowany podczas cięcia, co nie tylko pozwala zaoszczędzić na narzędziach, ale także zaoszczędzić czas pomocniczy na załadunek i rozładunek.
4. Cięcie bezdotykowe
Palnik tnący nie ma kontaktu z przedmiotem obrabianym, a narzędzie nie zużywa się. Do obróbki części o różnych kształtach nie ma potrzeby zmiany „narzędzia”, wystarczy zmienić parametry wyjściowe lasera. Proces cięcia charakteryzuje się niskim poziomem hałasu, małymi wibracjami i brakiem zanieczyszczeń.
5. Istnieje wiele rodzajów materiałów tnących
W porównaniu z cięciem tlenowo-acetylenowym i cięciem plazmowym, istnieje wiele rodzajów materiałów nadających się do cięcia laserowego, w tym metal, niemetal, materiały kompozytowe na bazie metalu i niemetalu, skóra, drewno i włókno. Jednak w przypadku różnych materiałów, ze względu na ich różne właściwości termofizyczne i różne szybkości absorpcji dla laserów, wykazują one różną adaptowalność do cięcia laserowego.
Zastosowania
Większość przecinarek laserowych jest sterowana przez programy CNC lub przekształcana w roboty tnące. Jako precyzyjna metoda przetwarzania, laser może ciąć niemal wszystkie materiały, w tym cięcie dwuwymiarowe lub trójwymiarowe cienkich płyt metalowych.
W dziedzinie produkcji samochodów powszechnie stosuje się technologię cięcia krzywych przestrzennych, takich jak szyby dachowe samochodów. Niemiecka firma Volkswagen wykorzystuje laser o mocy 500W do cięcia skomplikowanych kształtów blach nadwozia i różnych zakrzywionych części. W dziedzinie lotnictwa i kosmonautyki technologia laserowa jest używana do cięcia specjalnych materiałów lotniczych, takich jak stopy tytanu, stopy aluminium, stopy niklu, stopy chromu, stal nierdzewna, tlenek berylu, materiały kompozytowe, tworzywa sztuczne, ceramika i kwarc. Części lotnicze cięte laserem obejmują rurę płomieniową silnika, cienkościenną obudowę ze stopu tytanu, ramę samolotu, poszycie ze stopu tytanu, kratownicę skrzydła, panel ogona, główny wirnik śmigłowca, ceramiczną płytkę izolacyjną wahadłowca kosmicznego itp.
Technologia cięcia laserowego jest również stosowana w dziedzinie materiałów niemetalowych. Nie tylko można ciąć materiały o wysokiej twardości i kruchości, takie jak azotek krzemu, ceramika, kwarc itp., ale także można ciąć i przetwarzać materiały elastyczne, takie jak tkanina, papier, płyty plastikowe, guma itp., takie jak cięcie odzieży za pomocą lasera, może zaoszczędzić odzież 10% ～ 12%, zwiększając wydajność ponad 3-krotnie.
Trendy
1. Maszyna do cięcia laserowego będzie kontynuować epokową rewolucję w dziedzinie produktów.
Źródło lasera jest głównym elementem przecinarki, a także ważnym wskaźnikiem, który określa typ i zdolność cięcia przecinarki laserowej. Nie trzeba dodawać, że przyszłe zmiany w przecinarkach laserowych będą również dotyczyć źródeł laserowych. Jak wspomniano powyżej, wymiana CO2 laserowa maszyna do cięcia przez laserowy przecinak światłowodowy jest najważniejszą rewolucją technologiczną w ciągu 40 lat od narodzin laserowego przecinaka, która przyniosła epokowe korzyści ekonomiczne producentom oraz nowym i starym użytkownikom w tej dziedzinie. Czy zatem w przyszłości pojawi się nowe źródło światła, które będzie tańsze niż lasery światłowodowe, będzie miało lepszą wydajność, lepszy tryb wiązki, wyższy współczynnik konwersji elektrooptycznej lub niższy całkowity koszt? Odpowiedź brzmi oczywiście tak. Następnie zapytaj, jaki rodzaj lasera? Oczywiście, nie da się teraz udzielić dokładnej odpowiedzi. Nauka i technologia czasami zawodzą, czasami tysiące mil dziennie.
2. Laser światłowodowy dużej mocy stanie się główną siłą napędową na rynku cięcia laserowego.
Obecnie maszyny do cięcia światłowodów o różnych zakresach mocy zapoczątkowały wielki rozwój. Jednak gdzie będzie główna moc maszyn do cięcia laserowego w przyszłości? Chociaż maszyny w każdym zakresie mocy mają swoje własne zastosowanie, ale rodzina laserów, która rozpoczęła się od laserów światłowodowych o dużej mocy i zapoczątkowała globalną rewolucję w technologii laserowej, uważa wyższą moc, wyższą precyzję i większą wydajność cięcia za jeden z ważnych kierunków rozwoju laserowej przecinarki światłowodowej. STYLECNC niedawno uruchomiono 15KW ultraszybkie maszyna do cięcia laserem fiber, który osiągnął bezprecedensowy przełom w szybkości cięcia i grubości cięcia, co przyciągnęło uwagę branży. Czy to zawiera przyszły trend rozwoju przecinarek laserowych? Warto oczekiwać ekspertów branżowych, naukowców i przyjaciół użytkowników. Ponadto możemy być pewni, że w niedalekiej przyszłości wielu krajowych i zagranicznych producentów przecinarek laserowych światłowodowych zapoczątkuje zaciętą konkurencję rynkową. Tylko firmy o doskonałej jakości produktu, ciągłym skupieniu na inwestycjach w badania i rozwój oraz opanowaniu podstawowych konkurencyjnych technologii mogą to zrobić i być niepokonanymi.
3. Nadchodzi era inteligencji.
Niezależnie od tego, czy chodzi o Przemysł 4.0 w Niemczech, czy inteligentną produkcję w Chinach, nadchodzi czwarta rewolucja przemysłowa w dziedzinie przemysłu. Jako wysoce precyzyjna Wycinarka laserowa CNC, laserowa przecinarka z pewnością dotrzyma kroku czasom i będzie latać z technologią. Rozwój automatyzacji laserowej przecinarki znacznie poprawił wydajność produkcji i poziom automatyzacji warsztatu blacharskiego.
W przyszłości, na tej podstawie, w dziedzinach technologii sieciowej, technologii komunikacyjnej, technologii oprogramowania komputerowego i innych dziedzinach narasta era inteligentnej produkcji laserów tnących. Można przewidzieć, że jako środek precyzyjnego wykrawania blach, nieuchronnie będzie on wykorzystywał własne możliwości komunikacji sieciowej do komunikacji z linią rozwijania blach, giętarką, wykrawarką CNC, jednostką spawalniczą (nitującą), linią śrutowania i powlekania. Inny sprzęt, osadzony w ujednoliconym planie produkcji, systemie zarządzania zadaniami i oceną, stał się ważną częścią systemu zarządzania warsztatem obróbki blach. W rezultacie producenci laserów będą stopniowo przekształcać się w wykonawców obróbki blach.
