Lasertranĉado estas teknologio kiu uzas laseron por vaporigi materialojn, rezultigante tranĉan randon.Dum kutime uzata por industriaj produktadaplikoj, ĝi nun estas uzata de lernejoj, malgrandaj entreprenoj, arkitekturo kaj hobiistoj.Lasertranĉado funkcias direktante la produktadon de alt-potenca lasero plej ofte tra optiko.La lasera optiko kaj CNC (komputila nombra kontrolo) estas uzataj por direkti la laseran radion al la materialo.Komerca lasero por tranĉi materialojn uzas moviĝ-kontrolsistemon por sekvi CNC aŭ G-kodon de la ŝablono por esti tranĉita sur la materialo.La fokusita laserradio estas direktita al la materialo, kiu tiam aŭ degelas, brulas, vaporiĝas for, aŭ estas krevigita for per jeto de gaso, [1] lasante randon kun altkvalita surfaca finpoluro.
Historio
En 1965, la unua produkta lasertranĉa maŝino estis uzata por bori truojn en diamantaj ĵetkuboj.Tiu ĉi maŝino estis farita de la Okcidenta Elektra Inĝenieristiko-Esplorcentro.[3]En 1967, la britoj iniciatis laser-helpitan oksigenan ĵettranĉadon por metaloj.[4]En la fruaj 1970-aj jaroj, tiu teknologio estis metita en produktadon por tranĉi titanion por aerspacaj aplikoj.Samtempe CO2-laseroj estis adaptitaj por tranĉi nemetalojn, kiel tekstilojn, ĉar, tiutempe, CO2-laseroj ne estis sufiĉe potencaj por venki la termikan konduktivecon de metaloj.[5]
Procezo
Industria lasera tranĉado de ŝtalo kun tranĉaj instrukcioj programitaj per la CNC-interfaco
Lasera radio estas ĝenerale fokusita uzante altkvalitan lenson sur la laborzono.La kvalito de la trabo havas rektan efikon al la fokusita punktograndeco.La plej mallarĝa parto de la fokusita trabo estas ĝenerale malpli ol 0.0125 coloj (0.32 mm) en diametro.Depende de materiala dikeco, kerflarĝoj tiel malgrandaj kiel 0,004 coloj (0,10 mm) estas eblaj.[6]Por povi komenci tranĉi de ie alia ol la rando, trapiko estas farita antaŭ ĉiu tranĉo.Trapikado kutime implikas alt-motoran pulsan laserradion kiu malrapide faras truon en la materialo, daŭrante proksimume 5-15 sekundojn por 0,5-cola dika (13 mm) rustorezista ŝtalo, ekzemple.
La paralelaj radioj de kohera lumo de la laserfonto ofte falas en la intervalo inter 0,06-0,08 coloj (1,5-2,0 mm) en diametro.Tiu trabo estas normale enfokusigita kaj intensigita per lenso aŭ spegulo al tre malgranda punkto de proksimume 0.001 coloj (0.025 mm) por krei tre intensan laserradion.Por atingi la plej glatan eblan finpoluron dum konturotranĉado, la direkto de radiopolusiĝo devas esti turnita kiam ĝi iras ĉirkaŭ la periferio de konturita laborpeco.Por ladtondado, la fokusa distanco estas kutime 1,5–3 coloj (38–76 mm).[7]
Avantaĝoj de lasertranĉado super mekanika tranĉado inkludas pli facilan labortenadon kaj reduktitan poluadon de laborpeco (ĉar ekzistas neniu tranĉrando kiu povas iĝi poluita per la materialo aŭ polui la materialon).Precizeco povas esti pli bona, ĉar la lasera radio ne portas dum la procezo.Ekzistas ankaŭ reduktita ŝanco deformi la materialon kiu estas tranĉita, ĉar lasersistemoj havas malgrandan varmecan zonon.[8]Iuj materialoj ankaŭ estas tre malfacile aŭ neeblaj tranĉeblaj per pli tradiciaj rimedoj.
Lasertranĉado por metaloj havas la avantaĝojn super plasmotondado de esti pli preciza [9] kaj uzado de malpli energio dum tranĉado de lado;tamen, la plej multaj industriaj laseroj ne povas tranĉi tra la pli granda metaldikeco kiun plasmo povas.Pli novaj lasermaŝinoj funkciigantaj ĉe pli alta potenco (6000 vatoj, kiel kontraste kun la 1500 vataj rangigoj de fruaj laseraj tranĉmaŝinoj) alproksimiĝas al plasmomaŝinoj en sia kapablo tranĉi tra dikaj materialoj, sed la kapitalkosto de tiaj maŝinoj estas multe pli alta ol tiu de plasmo. tranĉmaŝinoj kapablaj tranĉi dikaj materialoj kiel ŝtala plato.[10]
Tipoj
4000 vata CO2 lasera tranĉilo
Estas tri ĉefaj tipoj de laseroj uzataj en lasera kortego.La CO2-lasero taŭgas por tranĉi, enui kaj gravuri.La neodimo (Nd) kaj neodimo itrio-aluminio-grenata (Nd:YAG) laseroj estas identaj en stilo kaj malsamas nur en apliko.Nd estas uzata por enui kaj kie alta energio sed malalta ripeto estas postulataj.La Nd:YAG lasero estas uzata kie tre alta potenco estas bezonata kaj por enui kaj gravuri.Kaj CO2 kaj Nd/Nd:YAG laseroj povas esti uzataj por veldado.[11]
CO2-laseroj estas ofte "pumpitaj" pasante kurenton tra la gasmiksaĵo (DC-ekscitita) aŭ uzante radiofrekvencan energion (RF-ekscitita).La RF-metodo estas pli nova kaj fariĝis pli populara.Ĉar DC-dezajnoj postulas elektrodojn ene de la kavaĵo, ili povas renkonti elektrodan erozion kaj tegaĵon de elektrodmaterialo sur vitrovaro kaj optiko.Ĉar RF-resonatoroj havas eksterajn elektrodojn ili ne estas emaj al tiuj problemoj.CO2-laseroj estas uzataj por industria tranĉado de multaj materialoj inkluzive de titanio, rustorezista ŝtalo, milda ŝtalo, aluminio, plasto, ligno, realigita ligno, vakso, ŝtofoj kaj papero.YAG-laseroj estas ĉefe uzataj por tranĉi kaj skribi metalojn kaj ceramikaĵojn.[12]
Krom la energifonto, la speco de gasfluo ankaŭ povas influi rendimenton.Oftaj variaĵoj de CO2-laseroj inkluzivas rapidan aksan fluon, malrapidan aksan fluon, transversan fluon kaj slabon.En rapida aksa fluo resonator, la miksaĵo de karbondioksido, heliumo kaj nitrogeno estas cirkulita ĉe alta rapideco per turbino aŭ blovilo.Transversaj flulaseroj cirkulas la gasmiksaĵon kun pli malalta rapideco, postulante pli simplan blovilon.Slabo aŭ difuzmalvarmigitaj resonatoroj havas senmovan gaskampon kiu postulas neniun premadon aŭ vitrovaron, kondukante al ŝparaĵoj sur anstataŭigaj turbinoj kaj vitrovaro.
La lasergeneratoro kaj ekstera optiko (inkluzive de la fokusa lenso) postulas malvarmigon.Depende de la grandeco kaj agordo de la sistemo, malŝpara varmo povas esti transdonita per fridigaĵo aŭ rekte al aero.Akvo estas ofte uzita fridigaĵo, kutime cirkulita tra malvarmigilo aŭ varmotransiga sistemo.
lasera mikrojeto estas akvo-jeto gvidita lasero en kiu pulsita lasera radio estas kunligita en malaltprema akvojeto.Ĉi tio estas uzata por plenumi laserajn kortegajn funkciojn uzante la akvojeton por gvidi la laseran radion, tre kiel optika fibro, tra totala interna reflektado.La avantaĝoj de ĉi tio estas, ke la akvo ankaŭ forigas derompaĵojn kaj malvarmigas la materialon.Kromaj avantaĝoj super tradicia "seka" lasertranĉado estas altaj ĵetkubrapidecoj, paralela tranĉo kaj ĉiudirekta tranĉado.[13]
Fibraj laseroj estas speco de solidsubstanca lasero, kiu rapide kreskas ene de la metaltranĉa industrio.Male al CO2, Fibra teknologio utiligas solidan gajnan medion, kontraste al gaso aŭ likvaĵo.La "sema lasero" produktas la laseran radion kaj tiam estas plifortigita ene de vitrofibro.Kun ondolongo de nur 1064 nanometroj fibraj laseroj produktas ekstreme malgrandan punktograndecon (ĝis 100 fojojn pli malgranda kompare kun la CO2) igante ĝin ideala por tranĉi reflektan metalan materialon.Ĉi tio estas unu el la ĉefaj avantaĝoj de Fibro kompare kun CO2.[14]
Fibra lasera tranĉilo avantaĝoj inkluzivas: -
Rapidaj pretigaj tempoj.
Reduktita energikonsumo kaj fakturoj - pro pli granda efikeco.
Pli granda fidindeco kaj rendimento - neniu optiko por ĝustigi aŭ vicigi kaj neniuj lampoj por anstataŭigi.
Minimuma bontenado.
La kapablo prilabori tre reflektajn materialojn kiel kupro kaj latuno
Pli alta produktiveco - pli malaltaj operaciaj kostoj ofertas pli grandan profiton de via investo.[15]
Metodoj
Estas multaj malsamaj metodoj en tranĉado per laseroj, kun malsamaj tipoj uzataj por tranĉi malsaman materialon.Kelkaj el la metodoj estas vaporiĝo, fandado kaj blovo, fandado-blovo kaj brulvundo, termika streso krakado, skribado, malvarma tranĉado kaj bruligado stabiligita lasero-tranĉado.
Tranĉado de vaporiĝo
En vaporiĝotranĉado la fokusita trabo varmigas la surfacon de la materialo al flampunkto kaj generas serurtruon.La ŝlosiltruo kondukas al subita pliiĝo de absorbeco rapide profundigante la truon.Ĉar la truo profundiĝas kaj la materialo bolas, vaporo generita erozias la fanditajn murojn blovante elĵeton kaj plu pligrandigante la truon.Nefandiĝanta materialo kiel ligno, karbono kaj termostataj plastoj estas kutime tranĉitaj per ĉi tiu metodo.
Fandi kaj blovi
Fandado kaj blovo aŭ fanda tranĉado uzas altpreman gason por blovi fanditan materialon el la tranĉa areo, multe malpliigante la potencan postulon.Unue la materialo estas varmigita al frostopunkto tiam gasjeto krevigas la fanditan materialon el la interkrutejo evitante la bezonon plialtigi la temperaturon de la materialo plu.Materialoj tranĉitaj per ĉi tiu procezo estas kutime metaloj.
Termika streso krakado
Fragilaj materialoj estas precipe sentemaj al termika frakturo, trajto ekspluatita en termika stresfendado.Trabo estas temigis la surfacon kaŭzante lokalizitan hejtadon kaj termikan vastiĝon.Tio rezultigas fendeton kiu tiam povas esti gvidita movante la trabon.La fendeto povas esti movita en ordo de m/s.Ĝi estas kutime uzata en tranĉado de vitro.
Ŝtelitaj kubetaĵoj de siliciaj oblatoj
Pliaj informoj: Oblato-diĉado
La apartigo de mikroelektronikaj fritoj kiel preparite en semikonduktaĵaparatfabrikado de silicioblatoj povas esti farita per la tielnomita kaŝa dicing procezo, kiu funkciigas per pulsita Nd:YAG lasero, kies ondolongo (1064 nm) estas bone adaptita al la elektronika. bendinterspaco de silicio (1.11 eV aŭ 1117 nm).
Reaktiva tranĉado
Ankaŭ nomata "brulado stabiligita lasero-gasa kortego", "flama tranĉado".Reaktiva tranĉado estas kiel oksigena torĉotranĉado sed kun lasera radio kiel la ekbruliga fonto.Plejparte uzata por tranĉi karbonŝtalon en dikaĵoj pli ol 1 mm.Ĉi tiu procezo povas esti uzata por tranĉi tre dikajn ŝtalajn platojn kun relative malmulte da lasera potenco.
Toleremoj kaj surfaca finaĵo
Lasertranĉiloj havas poziciiga precizecon de 10 mikrometroj kaj ripeteblo de 5 mikrometroj.
Norma krudeco Rz pliiĝas kun la folia dikeco, sed malpliiĝas kun lasera potenco kaj tranĉrapideco.Dum tranĉado de malalta karbona ŝtalo kun lasera potenco de 800 W, norma malglateco Rz estas 10 μm por folia dikeco de 1 mm, 20 μm por 3 mm, kaj 25 μm por 6 mm.
{\displaystyle Rz={\frac {12.528\cdot S^{0.542}}{P^{0.528}\cdot V^{0.322}}}}{\displaystyle Rz={\frac {12.528\cdot S^{0.542 }}{P^{0.528}\cdot V^{0.322}}}}
Kie: {\displaystyle S=}S= dikeco de ŝtalo en mm;{\displaystyle P=}P= laserpotenco en kW (kelkaj novaj lasertranĉiloj havas laserpotencon de 4 kW);{\displaystyle V=}V= tranĉrapideco en metroj je minuto.[16]
Tiu procezo kapablas teni sufiĉe proksimajn toleremojn, ofte al ene de 0.001 coloj (0.025 mm).Parta geometrio kaj la mekanika solideco de la maŝino multe rilatas al tolerecaj kapabloj.La tipa surfaca finpoluro rezultiĝanta el laserradiotondado povas varii de 125 ĝis 250 mikro-coloj (0,003 mm ĝis 0,006 mm).[11]
Maŝinaj agordoj
Dupaleta fluganta optika lasero
Fluga optika lasera kapo
Ĝenerale ekzistas tri malsamaj agordoj de industriaj laseraj tranĉmaŝinoj: movanta materialo, hibrida, kaj flugaj optikaj sistemoj.Tiuj rilatas al la maniero kiel la lasera radio estas movita super la materialo por esti tranĉita aŭ prilaborita.Por ĉio el tiuj, la aksoj de moviĝo estas tipe indikitaj X kaj Y-akso.Se la tranĉkapo povas esti kontrolita, ĝi estas nomumita kiel la Z-akso.
Movantaj materialaj laseroj havas senmovan tranĉan kapon kaj movas la materialon sub ĝi.Ĉi tiu metodo disponigas konstantan distancon de la lasergeneratoro ĝis la laborpeco kaj ununuran punkton de kiu forigi tranĉan elfluon.Ĝi postulas malpli da optiko, sed postulas movi la laborpecon.Ĉi tiu stila maŝino emas havi la plej malmultajn radio-liveroptikojn, sed ankaŭ inklinas esti la plej malrapida.
Hibridaj laseroj disponigas tablon kiu moviĝas en unu akso (kutime la X-akso) kaj movas la kapon laŭ la pli mallonga (Y) akso.Tio rezultigas pli konstantan radioliveran padlongon ol fluganta optika maŝino kaj povas permesi pli simplan radiliversistemon.Tio povas rezultigi reduktitan potencperdon en la liversistemo kaj pli da kapacito je vato ol flugaj optikaj maŝinoj.
Flugaj optikaj laseroj havas senmovan tablon kaj tranĉan kapon (kun lasera radio) kiu moviĝas super la laborpeco en ambaŭ horizontalaj dimensioj.Flugaj optikaj tranĉiloj tenas la laborpecon senmova dum prilaborado kaj ofte ne postulas materialan krampon.La moviĝanta maso estas konstanta, tiel ke dinamiko ne estas trafita per ŝanĝiĝanta grandeco de la laborpeco.Flugaj optikaj maŝinoj estas la plej rapida tipo, kio estas avantaĝa dum tranĉado de pli maldikaj laborpecoj.[17]
Flugaj optikaj maŝinoj devas uzi iun metodon por enkalkuli la ŝanĝiĝantan radiolongon de proksima kampo (proksima al resonator) tranĉado ĝis malproksima kampo (malproksime de resonator) tranĉado.Oftaj metodoj por kontrolado de tio inkludas kolimacion, adaptan optikon aŭ la uzon de konstanta trabolonga akso.
Kvin kaj ses-aksaj maŝinoj ankaŭ permesas tranĉi formitajn laborpecojn.Krome, ekzistas diversaj metodoj por orienti la laseran radion al forma laborpeco, konservante taŭgan fokusdistancon kaj cigaredingon, ktp.
Pulsante
Pulsitaj laseroj kiuj disponigas alt-motoran eksplodon de energio por mallonga periodo estas tre efikaj en kelkaj lasertranĉaj procezoj, precipe por trapikado, aŭ kiam tre malgrandaj truoj aŭ tre malaltaj tranĉrapidecoj estas postulataj, ĉar se konstanta lasera radio estus uzita, la varmo povus atingi la punkton de fandado de la tuta peco estanta tranĉita.
La plej multaj industriaj laseroj havas la kapablon pulsi aŭ tranĉi CW (kontinua ondo) sub NC (numera kontrolo) programkontrolo.
Duoblaj pulsaj laseroj uzas serion de pulsparoj por plibonigi materialan forigon kaj truan kvaliton.Esence, la unua pulso forigas materialon de la surfaco kaj la dua malhelpas la elĵetaĵon aliĝi al la flanko de la truo aŭ tranĉo.[18]
Afiŝtempo: Jun-16-2022