Pjovimo lazeriu technologija: išsami principų, procesų ir taikomųjų programų analizė

Pjovimas lazeriu yra pažangi gamybos technologija, kurioje naudojami didelio{0}}galios-tankio lazerio spinduliai kartu su CNC įranga, kad būtų galima apdoroti be-kontaktinę medžiagą. Šios technologijos ištakos siekia 1965 m., kai pirmoji lazerinio pjovimo mašina buvo pritaikyta deimantiniam gręžimui, o Jungtinėje Karalystėje 1967 m. buvo sukurtas pirmasis metalų pjovimas lazeriu{5}}. Aštuntajame dešimtmetyje pjovimo lazeriu technologija pradėjo skverbtis į aviacijos ir kosmoso sektorių, o po to, kai buvo plačiai paplitęs CO₂ tiekimas8 lazeriu. įprastiniai plazminio pjovimo procesai.

Pjovimas lazeriu, kaip terminis pjovimo metodas, išsiskiria puikia pjovimo kokybe, dideliu efektyvumu ir išskirtiniu lankstumu, leidžiančiu gaminti nuo individualių{0}}vieneto darbų iki didelės{1}}apimties gamybos.

1.1 Lazerio generavimas ir spindulio charakteristikos

Lazeris (šviesos stiprinimas stimuliuojamu spinduliuote) sukuria labai nuoseklų, monochromatinį spindulį, naudojant stimuliuojamą spinduliuotę. Lazerinę sistemą sudaro trys pagrindiniai komponentai: aktyvioji terpė (kieta, skysta arba dujinė), energijos šaltinis (siurbimo mechanizmas) ir optinis rezonatorius. Įjungus aktyviąją terpę, ji skleidžia fotonus; rezonatorius atspindi šiuos fotonus pirmyn ir atgal per terpę, sustiprindamas ir suderindamas šviesos bangas, kad galiausiai sukurtų didelio-energijos-tankio lazerio spindulį.

Lazerio spinduliai skiriasi nuo įprastos šviesos keliais kritiniais aspektais: dideliu intensyvumu, itin siauru dažnių diapazonu (monochromatiškumu), aštriu kolimavimu ir dideliu koherentiškumu.

1.2 Fizinis pjovimo mechanizmas
Pjovimo lazeriu procesas apima dvi operacijas vienu metu:

Medžiagos kaitinimas ir fazės transformacija: sufokusuotas, didelio{0}}galios-tankio lazerio spindulys apšvitina ruošinio paviršių, todėl apšvitinta sritis greitai pakyla temperatūra, medžiaga greitai ištirpsta, išgaruoja, abliuojasi arba užsidega.

Lydalo išmetimas: didelio{0}}greičio pagalbinės dujos, bendraašios su pluoštu, išpučia išlydytą medžiagą iš plyšio, todėl medžiaga atsiskiria. Šis dujų srautas kartu apsaugo fokusavimo optiką nuo garų ir purslų užteršimo.

1.3 Tikslumo ir proceso parametrai
Pjovimas lazeriu pasiekia ±0,05 mm matmenų tikslumą, 0,10–0,20 mm pjūvio plotį ir dešimčių mikronų paviršiaus šiurkštumą. Pagrindiniai parametrai, turintys įtakos pjovimo kokybei, yra šie:

Lazerio galia ir galios tankis: nustatykite pasiekiamą medžiagos storį ir pjovimo greitį

Spindulio židinio padėtis: Įtakoja pjūvio plotį ir vertikalumą

Pagalbinių dujų tipas ir slėgis: lemia lydalo išmetimo efektyvumą

Purkštuko skersmuo: paprastai svyruoja nuo 0,8 mm iki 3 mm, parenkamas pagal medžiagą ir storį

Verta paminėti, kad labai atspindinčios medžiagos, tokios kaip varis ir aliuminis, pasižymi ypač mažu tam tikrų lazerio bangų ilgių sugerties greičiu, o tai kelia didelių apdorojimo iššūkių.

Pjovimo lazeriu procesai yra suskirstyti į keturis pagrindinius tipus, atsižvelgiant į medžiagų pašalinimo mechanizmus:

2.1 Pjovimas garinimo lazeriu
Didelio-energijos-tankio lazerio spindulys įkaitina ruošinį, greitai pasiekia medžiagos virimo tašką ir sukelia tiesioginį garavimą. Didelio-greičio garų išmetimas kartu sudaro plyšį.

Power density requirement: Typically >10⁸ W/cm²

Taikomos medžiagos: itin ploni metalai ir nemetalinės medžiagos (popierius, audinys, mediena, plastikas, guma ir kt.)

Charakteristikos: Didelis energijos poreikis; tinka naudoti, kai reikia vengti išlydytų likučių

2.2 Lydymosi pjovimas lazeriu
Lazerinis kaitinimas išlydo medžiagą, o ne{0}}oksiduojančios pagalbinės dujos (Ar, He, N₂ ir kt.) aukštu slėgiu išstumia išlydytą metalą, kad susidarytų plyšys.

Energijos efektyvumas: reikia tik 1/10 garinimo pjovimo energijos

Taikomos medžiagos: nerūdijantis plienas, titanas, aliuminis ir jų lydiniai{0}}oksidacijai atsparios arba reaktyviems metalams medžiagos

Proceso pranašumas: aukštos kokybės briaunos sukuriamos be oksidų{0}}

2.3 Lazerinis pjovimas deguonimi (pjovimas liepsna)
Panašiai kaip ir oksiacetileno pjovimui, šiame procese lazeris naudojamas kaip pakaitinimo šilumos šaltinis, o deguonis – kaip pjovimo dujos. Deguonis egzotermiškai reaguoja su metalu, tuo pačiu išpučiant išsilydžiusius oksidus.

Energijos vartojimo efektyvumas: reikia tik 1/2 lydymosi pjovimo energijos; pjovimo greitis žymiai viršija tiek garavimo, tiek lydymosi pjovimą

Taikomos medžiagos: anglinis plienas, titaninis plienas ir termiškai{0}}apdorotas plienas-oksidacijai jautrus metalas

Proceso apribojimai: platesnė plyšys, didesnė karščio{0}}veikiama zona, jautrumas kampams ir santykinai prastesnė krašto kokybė

2.4 Lazerinis rašymas ir kontroliuojamas lūžis
Lazeriniam braižymui naudojamas didelio -energijos-tankio lazeris, skirtas nuskaityti trapių medžiagų paviršių, išgarinant negilų griovelį, o po to veikiant mechaninei jėgai, kad medžiaga lūžtų išilgai griovelio. Kontroliuojamas lūžis panaudoja staigų terminį gradientą, kurį sukuria lazerinis griovelis, kad trapioje medžiagoje susidarytų vietinis šiluminis įtempis, dėl kurio išilgai griovelio atsiskiria.

Taikomos medžiagos: keramika, puslaidininkiai ir kitos trapios medžiagos

Tipiški lazeriai: Q-perjungiami lazeriai, CO₂ lazeriai

Pjovimo lazeriu technologija persmelkė kelis svarbius pramonės sektorius:

Automobilių gamyba: kėbulo rėmai, oro pagalvių komponentai, vidaus plokštės

Orlaiviai: variklio komponentai, titano lydinio ortakiai, fiuzeliažo odos standikliai

Elektronikos gamyba: tikslūs mikro-komponentai, plokštės, jungtys

Medicinos prietaisai: vainikinių arterijų stentai, chirurginiai instrumentai, mikrofluidiniai prietaisai

Metalo lakštų gamyba: tapo dominuojančiu procesu, pakeičiančiu įprastus metodus

Kaip pagrindinė gamybos technologija, pjovimas lazeriu ir toliau skatina pramonės transformaciją dėl didelio tikslumo, didelio efektyvumo ir išskirtinio lankstumo. Nuo garinimo pjovimo iki pjovimo naudojant deguonies -pagalbą ir nuo CO₂ lazerių iki skaidulinių lazerių, nuolatinė technologijų raida išplėtė pjovimo lazeriu taikymo ribas, sudarant sąlygas aukštos-kokybės, efektyvaus apdorojimo įvairesnėms medžiagoms ir storiams.

Susisiekite dabar