Laserji so bili prvič uporabljeni za rezanje v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja. V sodobni industrijski proizvodnji se laserski razrez široko uporablja pri obdelavi pločevine, plastike, stekla, keramike, polprevodnikov, tekstila, lesa in papirja.
V naslednjih nekaj letih bo tudi uporaba laserskega rezanja na področju precizne obdelave in mikroobdelave dosegla velik porast.
lasersko rezanje
Ko fokusirani laserski žarek usmerimo na obdelovanec, se obsevano območje dramatično segreje, da se material stopi ali upari. Takoj, ko laserski žarek prodre v obdelovanec, se začne postopek rezanja: laserski žarek se med taljenjem materiala premika po konturi. Zračni curek se običajno uporablja za odpihovanje taline stran od zareze, pri čemer ostane ozka reža med odrezanim delom in držalom plošče, široka skoraj tako kot fokusirani laserski žarek.
Plamensko rezanje
Rezanje s kisikom je standardni postopek za rezanje mehkega jekla z uporabo kisika kot rezalnega plina. V rez vpihnemo kisik pod pritiskom do 6 barov. Tam segreta kovina reagira s kisikom: začne se zgorevanje in oksidacija. Pri kemični reakciji se sprosti velika količina energije (do petkrat večja od moči laserja), ki pomaga laserskemu žarku pri rezanju.
slika
Slika 1 Laserski žarek stopi obdelovanec, rezalni plin pa odpihne staljeni material in žlindro v zarezi
Rezanje taline
Fuzijsko rezanje je še en standardni postopek, ki se uporablja pri rezanju kovine. Lahko se uporablja tudi za rezanje drugih taljivih materialov, kot je keramika.
Kot rezalni plin se uporablja dušik ali argon, skozi zarezo pa se vpihuje plin s tlakom 2-20 barov. Argon in dušik sta inertna plina, kar pomeni, da ne reagirata s staljeno kovino v zarezi, ampak jo samo odpihneta proti dnu. Istočasno lahko inertni plin zaščiti rezalni rob pred oksidacijo z zrakom.
rezanje s stisnjenim zrakom
Za rezanje tankih plošč se lahko uporablja tudi stisnjen zrak. Zrak pod tlakom 5-6 barov zadostuje za izpihovanje staljene kovine iz reza. Ker je zrak sestavljen iz skoraj 80 odstotkov dušika, je rezanje s stisnjenim zrakom v bistvu fuzijsko rezanje.
rezanje s pomočjo plazme
Če so parametri pravilno izbrani, se bo plazemski oblak pojavil v zarezi rezanja s taljenjem s pomočjo plazme. Oblak plazme je sestavljen iz ioniziranih kovinskih hlapov in ioniziranega rezalnega plina. Plazemski oblak absorbira energijo CO2 laserja in jo prenese v obdelovanec, tako da se na obdelovanec poveže več energije in material se bo hitreje stopil, kar ima za posledico večjo hitrost rezanja. Zato se ta postopek rezanja imenuje tudi visokohitrostno plazemsko rezanje.
Oblaki plazme so skoraj prozorni za polprevodniške laserje, zato se lahko za rezanje s taljenjem s pomočjo plazme uporabljajo samo laserji CO2.
slika
uplinjevalno rezanje
Rezanje z uplinjanjem izhlapi material, kar zmanjša toplotni učinek na okoliške materiale. To je mogoče doseči z izhlapevanjem nizko toplotnih materialov z visoko absorpcijo, kot so tanke plastične folije, kot tudi netaljivih materialov, kot so les, papir, pena itd., z uporabo kontinuirane laserske obdelave CO2.
Laserji z ultrakratkimi impulzi omogočajo uporabo te tehnike na drugih materialih. Prosti elektroni v kovini absorbirajo lasersko svetlobo in se močno segrejejo. Laserski impulzi ne reagirajo s staljenimi delci in plazmo, material pa neposredno sublimira, kar ne daje časa za prenos energije v obliki toplote na okoliške materiale. Pikosekundni impulzi odstranijo material brez pomembnih toplotnih učinkov, taljenja in nastajanja robov.
slika
Slika 3 Rezanje z uplinjevanjem: Laser upari in zažge material. Pritisk pare povzroči odvajanje žlindre iz reza
Parametri: Prilagoditev obdelovalnega procesa
Na proces laserskega rezanja vpliva veliko parametrov, od katerih so nekateri odvisni od tehnične zmogljivosti laserja in obdelovalnega stroja, drugi pa se razlikujejo.
stopnja polarizacije
Stopnja polarizacije kaže, kolikšen odstotek laserske svetlobe se pretvori. Tipična stopnja polarizacije je okoli 90 odstotkov. To je več kot dovolj za visokokakovosten rez.
goriščni premer
Goriščni premer vpliva na širino zareza, goriščni premer pa lahko spremenite s spreminjanjem goriščne razdalje zrcala za ostrenje. Manjši žariščni premer pomeni ožji rez.
položaj fokusa
Položaj fokusa določa premer žarka in gostoto moči na površini obdelovanca ter obliko reza.
slika
Slika 4 Položaj fokusa: znotraj obdelovanca, na površini obdelovanca in nad obdelovancem
moč laserja
Moč laserja mora ustrezati vrsti obdelave, vrsti materiala in debelini. Moč mora biti dovolj visoka, da gostota moči na obdelovancu preseže prag obdelave.
slika
Slika 5 Večja moč laserja lahko reže debelejše materiale
Način delovanja
Neprekinjeni način se uporablja predvsem za rezanje standardnih profilov iz kovine in plastike v milimetrskih do centimetrskih velikostih. Za taljenje perforacij ali ustvarjanje natančnih kontur se uporabljajo nizkofrekvenčni impulzni laserji.
hitrost rezanja
Moč laserja in hitrost rezanja se morata ujemati. Prehitre ali prepočasne hitrosti rezanja bodo povzročile večjo hrapavost in nastanek robov.
slika
Slika 6 Hitrost rezanja se zmanjšuje z večanjem debeline pločevine
Premer šobe
Premer šobe določa pretok in obliko toka plina iz šobe. Debelejši kot je material, večji je premer plinskega curka in s tem premer odprtine šobe.
Čistost plina in zračni tlak
Kot rezalna plina se pogosto uporabljata kisik in dušik. Čistost in tlak plina vplivata na učinek rezanja.
Pri rezanju s kisikovim gorivom je zahtevana čistost plina 99,95 odstotka. Debelejša kot je jeklena plošča, nižji je tlak uporabljenega plina.
Fuzijsko rezanje z dušikom zahteva čistost plina 99,995 odstotka (idealno 99,999 odstotka), višji tlaki plina pa so potrebni za taljenje debelejših jeklenih plošč.
Tehnični list
Na začetku laserskega rezanja so se morali uporabniki sami odločiti o nastavitvi obdelovalnih parametrov s poskusnim delovanjem. Uveljavljeni parametri obdelave so zdaj shranjeni v krmilni enoti rezalnega sistema. Za vsako vrsto materiala in debelino obstajajo ustrezni podatki. Tehnični list omogoča nemoteno delovanje laserske rezalne opreme tudi tistim, ki te tehnologije ne poznajo.
Faktorji vrednotenja kakovosti laserskega rezanja
Obstaja veliko meril za presojo kakovosti lasersko rezanega roba. Standarde, kot so oblika bruha, vdolbina in tekstura, je mogoče oceniti s prostim očesom; navpičnost, hrapavost in širino reza itd. je treba izmeriti s posebnimi instrumenti. Odlaganje materiala, korozija, toplotno prizadeto območje in deformacija so prav tako pomembni dejavniki za merjenje kakovosti laserskega rezanja.
