Jak działa cięcie laserowe?

Zrozumienie zasad działania cięcia laserowego jest niezbędne do wykonania lub oceny pracy w ten sposób. Niezbędna jest również znajomość wymagań jakościowych dotyczących cięcia laserowego, tolerancji wymiarowych i chropowatości.

Oprócz powyższego, cięcie laserem metali ma swoje własne cechy szczególne, a także wymaga pewnej wiedzy na temat konfiguracji sprzętu. Tylko wszystkie te elementy razem pozwolą na wytworzenie produktów wysokiej jakości.

Jak wygląda cięcie laserem?

Już sama nazwa “cięcie laserowe” zdradza nam istotę procesu, który polega na cięciu metalu wiązką lasera, emitowaną przez specjalną maszynę. Wiązka laserowa posiada szereg właściwości, które pozwalają na skupienie jej na powierzchni, która ma zostać przecięta, a wiązka niesie ze sobą ładunek energii o dużej gęstości. Naraża prawie wszystkie materiały na aktywne spalanie, topienie, parowanie itp. i generalnie może je zniszczyć. – krótko mówiąc, niszczy ją.

Energia wiązki o gęstości 108 watów na 1 cm2 generowana przez wycinarkę laserową jest skoncentrowana na powierzchni metalu. Aby zrozumieć ten proces, a w szczególności sposób, w jaki uzyskuje się ten efekt, konieczne jest poznanie wszystkich właściwości wiązki laserowej.

W przeciwieństwie do fal świetlnych, wiązka laserowa ma stałą długość fali i częstotliwość. Właściwość ta nazywana jest monochromatycznością, a samo promieniowanie jest monochromatyczne. Pozwala to na użycie prostej soczewki optycznej do łatwego ogniskowania wiązki na obrabianej powierzchni.

Kolejną cechą wiązki laserowej jest jej bardzo duża kierunkowość, a także mały kąt rozproszenia. Pomaga to w wytworzeniu wiązki laserowej o wysokim poziomie skupienia.

Inną ważną właściwością wiązki laserowej jest jej spójność. Jego istotą jest koherencja dużej liczby procesów falowych zachodzących w wiązce oraz ich rezonans względem siebie. Dzięki temu możliwe jest znaczne zwiększenie całkowitej mocy wiązki.

Pod wpływem działania wiązki, powierzchnia metalu bardzo szybko się nagrzewa, a następnie topi, pozostawiając gładkie cięcie.

Ze względu na szereg czynników, z których jednym jest przewodność cieplna, strefa topienia metalu szybko rozprzestrzenia się w głąb obrabianego przedmiotu. Wiązka lasera działa poprzez uderzenie w powierzchnię obrabianego przedmiotu i doprowadza temperaturę w miejscu cięcia do punktu wrzenia, w którym metal zaczyna parować.

Wyróżniam dwa rodzaje laserowego cięcia metalu

  1. Topienie;
  2. Odparowywanie.

Odparowywanie metali zakłada działanie urządzeń o dużej mocy, w wyniku czego powstają wysokie koszty energii. Nie zawsze jest to ekonomicznie wykonalne. Ponadto ta metoda nie nadaje się do obróbki grubych przedmiotów, co znajduje odzwierciedlenie w dość surowych wymaganiach dotyczących cięcia. Dlatego jego zastosowanie ogranicza się do cięcia wyrobów cienkościennych.

Znacznie częściej stosuje się cięcie laserowe metodą topienia metali. Ostatnio został ulepszony poprzez zastosowanie różnych gazów, takich jak powietrze, tlen, azot czy gazy obojętne. Specjalne instalacje wdmuchują je w obszar cięcia laserowego.

Rodzaje laserów stosowane w procesach cięcia

Metody cięcia laserem zyskują coraz większą popularność. Są one bowiem szybkie i wydaje, a przy okazji obejmują wiele grup materiałów. Cięcie można prowadzić różnymi rodzajami lasera, najpopularniejsze to lasery stałe Nd:YAG, lasery gazowe CO2 oraz lasery światłowodowe. Poszczególne lasery różnią się miedzy sobą, każdy z nich ma inne wady i zalety.

Czym są lasery światłowodowe

Lasery światłowodowe są odmianą laserów krystalicznych, czyli laserów na ciele stałym. Wytwarzanie wiązki przebiega w tzw. laserze seed. Powstała wiązka jest następnie wzmacniana za pomocą włókien szklanych. Energia do włókien dostarczana jest przez diody pompujące. Tego typu lasery charakteryzują się bardzo małą średnicą wiązki. Lasery światłowodowe wyróżniają się na tyle innych laserów wysoką żywotnością. Nie wymagają one praktycznie żadnej konserwacji. Cięcie laserem światłowodowym jest jednak rzadko stosowane. Zazwyczaj ten laser stosuje się do znakowania i grawerowania metali i tworzyw sztucznych.

Kilka słów o laserach krystalicznych

Lasery krystaliczne podobnie jak lasery światłowodowe są laserami na ciele stałym, W grupie tej znaleźć można następujące rodzaje lasera: Nd:YAG oraz Nd:YVO. Pierwszy z nich jest zdecydowanie bardziej znany i częściej wykorzystywany. Lasery krystaliczne mają podobną długość fali jak lasery światłowodowe. Wadą laserów krystalicznych jest konieczność ich częstszego, niż w przypadku laserów światłowodowych, serwisowania. W przeciwieństwie do laserów światłowodowych wyposażone są one bowiem w diody pompujące, które wymagają regularnej wymiany. Również sam układ generowania wiązki ma mniejszą żywotność. Za pomocą lasera krystalicznego można prowadzić cięcie laserem (https://ciecielaser.pl/) metali, tworzyw sztucznych, a także niektórych gatunków ceramiki.

Najpopularniejszy rodzaj lasera – laser gazowy CO2

Lasery gazowe bazują na dwutlenku węgla aktywowanym elektrycznie. Mają one długość fali około 10 razy większa niż lasery krystaliczne oraz światłowodowe. Tworzona w nich wiązka jest spójna i koherentna, a sam laser wydajny. Zalety te sprawiają, że lasery gazowe są najczęściej stosowanymi rodzajami lasera. Z wykorzystaniem lasera CO2 można realizować cięcie wielu rodzajów materiałów: akrylu, skóry, kamienia, tworzyw sztucznych, papieru, szkła czy drewna.

Jak widać na rynku dostępne jest kilka rodzajów laserów do cięcia. Aby cięcie laserem było wydajne należy dobrze dobrać laser do gatunku ciętego materiału, jego własności oraz grubości. Jest to ważna decyzja, którą należy dobrze przeanalizować.

Cięcie metalu laserem przy masowej produkcji

W działalności produkcyjnej często wykorzystuje się metal. Zazwyczaj są to różne typy stali oraz aluminium. Robi się z nich profile, rury, a następnie większe konstrukcje. Bardzo często produkcja jest na masową skalę. Dzięki cięciu laserem można sprostać wszystkim jej wymogom.

Wymagania, jakie wiążą się z produkcją masową

Wytwarzanie ogromnej ilości sztuk wymaga szybkiej pracy. Zajmują się tym nowoczesne maszyny, pracujące w sposób automatyczny. Technologia, jaką wykorzystują, też ma znaczenie. Wybierając cięcie laserem, kolejne elementy zyskuje się bardzo szybko. Inne wymagania, którym musi podołać firma oferująca ogromne ilości produktów, to:

wysoka jakość wyrobów,

powtarzalność wyglądu kolejnych elementów,

niskie koszty produkcji.

Dlaczego wybiera się cięcie za pomocą lasera?

Wybór cięcia laserowego pozwala sprostać wszystkim wymaganiom masowej produkcji. Zapewnia wysoką jakość, ponieważ jest bardzo precyzyjne. Jakkolwiek skomplikowany byłby element, laser wytnie go dokładnie według wzoru. Każdy kolejny metalowy element jest taki sam jak poprzedni. Laser pozwala zyskać precyzyjne elementy nieduże oraz dokładne otwory. Koszty produkcji dzięki tej metodzie się obniżają. To zasługa tego, jak szybka jest praca i jak precyzyjna. Laser tnie dokładnie, więc unika się strat materiału. Można też zaplanować, by optymalnie wykorzystać arkusz blachy. Taniej jest też dzięki temu, że zyskuje się wysokiej jakości krawędzie po cięciu. Nie wymagają dalszej obróbki np. szlifowania.

Przyszłość cięcia i mechanicznej obróbki metali

Laser to najlepszy wybór, gdy ważne jest połączenie szybkości i precyzji pracy maszyn. Żadna starsza technologia nie daje tak dobrych rezultatów, jak cięcie laserem. Obecnie laser to najnowocześniejszy czynnik tnący, w jaki wyposaża się maszyny. Coraz więcej firm wybiera tę technologię. Jeśli nie inwestują we własne urządzenia, to korzystają z możliwości zlecenia cięcia innej firmie. Pojawiają się coraz lepsze maszyny, więc coraz więcej da się zyskać dzięki tej metodzie. Zmniejszają się jej ograniczenia, a zwiększa się jej przystępność. Jest to technologia, która będzie stale rozwijana, ponieważ pomaga firmom zwiększać konkurencyjność. Ogranicza koszty, przyspiesza produkcję i robi to bez szkody dla jakości. Wykorzystanie lasera sprawiło, że jakość cięcia i innego typu obróbki się poprawiła.

Cięcie metalu to kiedyś było duże wyzwanie. Wyciąć coś skomplikowanego z arkusza blachy, to było trudne zadanie. Obecnie robi się to z łatwością i szybko, dzięki nowoczesnym maszynom i temu, że wykorzystują one moc lasera. Gdy firma produkuje na dużą skalę, wybór lasera bardzo się opłaca.