Maszyna do cięcia laserowego to wiązka laserowa emitowana przez laser, która jest skupiana w wiązce laserowej o dużej gęstości poprzez układ obwodów optycznych. Wiązka lasera napromieniowuje powierzchnię przedmiotu obrabianego, powodując, że przedmiot obrabiany osiąga temperaturę topnienia lub wrzenia, podczas gdy współosiowy z wiązką gaz pod wysokim ciśnieniem wydmuchuje stopiony lub odparowany metal. Gdy belka porusza się względem położenia przedmiotu obrabianego, ostatecznie tworzy szczelinę w materiale, co skutkuje cięciem. Cięcie laserowe to niewidzialna wiązka zamiast tradycyjnego noża mechanicznego, charakteryzująca się dużą precyzją, szybkim cięciem, nieograniczonym do ograniczeń wzoru cięcia, automatycznym zagnieżdżaniem w celu oszczędzania materiałów, gładkim nacięciem, niskimi kosztami przetwarzania i innymi cechami. Następująca kwestia, aby zrozumieć szczegółową wiedzę.
Po pierwsze, zasada maszyny do cięcia laserowego
Laser jest rodzajem światła, podobnie jak inne światło naturalne, generowanego przez skok atomowy (molekularny, jonowy itp.). Różni się jednak od zwykłego światła tym, że laser tylko w początkowym bardzo krótkim czasie zależy od promieniowania spontanicznego, a następnie proces jest całkowicie determinowany przez wzbudzenie promieniowania, dzięki czemu laser ma bardzo czysty kolor, prawie brak rozproszenia kierunkowości , bardzo wysoka jasność i wysoka spójność.
Cięcie laserowe realizowane jest poprzez zastosowanie energii o dużej gęstości mocy generowanej w wyniku skupienia lasera. Pod kontrolą komputera laser jest rozładowywany impulsami, aby wygenerować kontrolowane powtórzenie pulsującego światła lasera o wysokiej częstotliwości, tworząc pewną częstotliwość, określoną szerokość impulsu wiązki, pulsującą wiązkę lasera przechodzącą przez ścieżkę optyczną przewodzenia i odbicia oraz poprzez grupę soczewek skupiających skupiających się na powierzchni obrabianego przedmiotu, tworząc subtelną plamkę o dużej gęstości energii, ogniskowa znajduje się w pobliżu obrabianej powierzchni, do chwilowej wysokiej temperatury topienie lub odparowywanie przetwarzanego materiału Poddawany obróbce materiał jest topiony lub odparowywany w wysokiej temperaturze w jednej chwili. Każdy wysokoenergetyczny impuls laserowy natychmiast powoduje powstanie maleńkiej dziury w powierzchni obiektu. Pod kontrolą komputera głowica do obróbki laserowej oraz obrabiany materiał wykrawane są ciągłym ruchem względnym według wcześniej narysowanego wzoru, dzięki czemu przedmiot zostaje obrobiony do pożądanego kształtu.
Parametry procesu cięcia szwu (prędkość cięcia, moc lasera, ciśnienie gazu itp.) oraz trajektoria ruchu są kontrolowane przez system CNC, a żużel na spoinie cięcia pod wpływem określonego ciśnienia wydmuchanego gazu pomocniczego.
Po drugie, główny proces maszyny do cięcia laserowego
1, cięcie parujące
W procesie cięcia laserowego przez odparowanie temperatura powierzchni materiału wzrasta do temperatury wrzenia, a prędkość jest tak szybka, że pozwala uniknąć przewodzenia ciepła spowodowanego topnieniem, więc część materiału odparowanego do pary znika, część materiału jako wyrzut z dna szczeliny został wydmuchany przez pomocniczy przepływ gazu. W tym przypadku wymagana jest bardzo duża moc lasera.
Aby zapobiec kondensacji par materiału na ściankach szczeliny, grubość materiału nie może znacznie przekraczać średnicy wiązki lasera. Dlatego proces ten nadaje się tylko do zastosowań, w których należy unikać usuwania stopionego materiału. Proces ten jest praktycznie stosowany tylko w bardzo niewielkiej liczbie zastosowań ze stopami na bazie żelaza.
Procesu nie można stosować w przypadku materiałów takich jak drewno i niektóre materiały ceramiczne, które nie są w stanie stopionym i dlatego są mniej podatne na ponowną kondensację z oparami materiału. Ponadto materiały te zwykle muszą być przycięte ze znacznie grubszym nacięciem. W cięciu laserowym optymalne skupienie wiązki zależy od grubości materiału i jakości wiązki. Moc lasera i ciepło parowania mają jedynie pewien wpływ na optymalną pozycję ogniska. Maksymalna prędkość cięcia jest odwrotnie proporcjonalna do temperatury parowania materiału dla danej grubości blachy. Wymagana gęstość mocy lasera jest większa niż 108 W/cm2 i zależy od materiału, głębokości cięcia i ogniska wiązki. W przypadku określonej grubości blachy, przy założeniu wystarczającej mocy lasera, maksymalna prędkość cięcia ograniczona jest prędkością strumienia gazu.
2, cięcie topiące
Podczas cięcia laserowego przedmiot obrabiany jest częściowo topiony, a następnie stopiony materiał jest wyrzucany za pomocą strumienia gazu. Ponieważ przenoszenie materiału odbywa się wyłącznie w stanie ciekłym, proces ten nazywany jest cięciem topiącym laserem.
Wiązka laserowa jest połączona z obojętnym gazem tnącym o wysokiej czystości, który odpycha stopiony materiał od miejsca cięcia, bez udziału samego gazu w cięciu. Cięcie laserowe pozwala na osiągnięcie wyższych prędkości cięcia niż zgazowanie. Energia potrzebna do zgazowania jest zwykle wyższa niż energia potrzebna do stopienia materiału. Podczas cięcia laserowego wiązka lasera jest absorbowana tylko częściowo. Maksymalna prędkość cięcia wzrasta wraz ze wzrostem mocy lasera i maleje niemal odwrotnie wraz ze wzrostem grubości blachy i temperatury topnienia materiału. Dla danej mocy lasera czynnikami ograniczającymi są ciśnienie powietrza w miejscu cięcia i przewodność cieplna materiału. Cięcie topiące laserem zapewnia cięcie bez utleniania materiałów żelaznych i tytanu. Wytwarza topnienie, ale mniejsze niż zgazowanie o gęstości mocy lasera, dla materiałów stalowych, pomiędzy 104 W/cm2 ~ 105 W/cm2.
3, cięcie topiące przez utlenianie
Cięcie topiące zazwyczaj wykorzystuje gaz obojętny, jeśli zastąpiony jest tlenem lub innymi gazami aktywnymi, materiał poddawany napromieniowaniu wiązką lasera ulega zapaleniu, następuje reakcja chemiczna z intensywną zawartością tlenu i wytwarzanie innego źródła ciepła, dzięki czemu materiał jest dalej podgrzewany, co jest znane jako cięcie z topieniem utleniającym .
Dzięki temu efektowi prędkość skrawania uzyskiwana tą metodą jest większa niż w przypadku cięcia stopu stali konstrukcyjnej o tej samej grubości. Z drugiej strony, metoda ta może skutkować gorszą jakością cięcia w porównaniu do cięcia w stanie stopionym. W rzeczywistości powoduje to szersze nacięcie, znaczną chropowatość, zwiększoną strefę wpływu ciepła i gorszą jakość krawędzi. Cięcie laserowe płomieniem nie sprawdza się przy obróbce precyzyjnych modeli i ostrych narożników (niebezpieczeństwo wypalenia ostrych narożników). Efekty cieplne można ograniczyć stosując laser w trybie impulsowym, gdzie moc lasera określa prędkość cięcia. Przy określonej mocy lasera czynnikami ograniczającymi są dopływ tlenu i przewodność cieplna materiału.
4. Kontrolowane cięcie poprzez pękanie
W przypadku materiałów kruchych, które łatwo ulegają uszkodzeniu pod wpływem ciepła, kontrolowane cięcie z dużą prędkością za pomocą ogrzewania wiązką lasera nazywane jest kontrolowanym cięciem poprzez pękanie. Głównymi elementami tego procesu cięcia są: wiązka lasera nagrzewa niewielki obszar kruchego materiału, powodując duży gradient termiczny i poważne odkształcenie mechaniczne tego obszaru, w wyniku czego powstają pęknięcia w materiale. Tak długo jak utrzymywany jest zrównoważony gradient ogrzewania, wiązka lasera może być prowadzona w celu wytworzenia pęknięć w dowolnym pożądanym kierunku.
