Lazerli kesish - bu materiallarni bug'lash uchun lazerdan foydalanadigan texnologiya, buning natijasida kesilgan qirrasi paydo bo'ladi.Odatda sanoat ishlab chiqarish ilovalari uchun foydalanilgan bo'lsa-da, endi u maktablar, kichik biznes, arxitektura va havaskorlar tomonidan qo'llaniladi.Lazerni kesish yuqori quvvatli lazerning chiqishini ko'pincha optika orqali yo'naltirish orqali ishlaydi.Lazer nurini materialga yo'naltirish uchun lazer optikasi va CNC (kompyuterning raqamli boshqaruvi) ishlatiladi.Materiallarni kesish uchun tijorat lazeri materialga kesiladigan naqshning CNC yoki G-kodiga amal qilish uchun harakatni boshqarish tizimidan foydalanadi.Fokuslangan lazer nuri materialga yo'naltiriladi, keyin u eriydi, yonadi, bug'lanadi yoki gaz oqimi bilan uchib ketadi [1] va yuqori sifatli sirt qoplamasi bilan chekka qoldiradi.
Tarix
1965 yilda birinchi ishlab chiqarish lazerli kesish mashinasi olmos qoliplarida teshiklarni burg'ulash uchun ishlatilgan.Ushbu mashina G'arbiy elektrotexnika tadqiqot markazi tomonidan ishlab chiqarilgan.[3]1967 yilda britaniyaliklar metallar uchun lazer yordamida kislorod oqimini kesishda kashshof bo'ldi.[4]1970-yillarning boshlarida ushbu texnologiya aerokosmik ilovalar uchun titanni kesish uchun ishlab chiqarildi.Shu bilan birga, CO2 lazerlari to'qimachilik kabi metall bo'lmaganlarni kesish uchun moslashtirilgan edi, chunki o'sha paytda CO2 lazerlari metallarning issiqlik o'tkazuvchanligini engib o'tish uchun etarlicha kuchli emas edi.[5]
Jarayon
CNC interfeysi orqali dasturlashtirilgan kesish ko'rsatmalari bilan po'latni sanoat lazer bilan kesish
Lazer nurlari odatda ish zonasiga yuqori sifatli linzalar yordamida qaratilgan.Nurning sifati yo'naltirilgan nuqta o'lchamiga bevosita ta'sir qiladi.Fokuslangan nurning eng tor qismi odatda diametri 0,0125 dyuymdan (0,32 mm) kamroq.Materialning qalinligiga qarab, 0,004 dyuym (0,10 mm) gacha bo'lgan kerf kengligi mumkin.[6]Kesishni chetidan boshqa joydan boshlash uchun har bir kesishdan oldin pirsing qilinadi.Pirsing odatda yuqori quvvatli impulsli lazer nurini o'z ichiga oladi, u asta-sekin materialda teshik ochadi, masalan, qalinligi 0,5 dyuymli (13 mm) zanglamaydigan po'lat uchun taxminan 5-15 soniya davom etadi.
Lazer manbasidan kogerent nurning parallel nurlari ko'pincha diametri 0,06-0,08 dyuym (1,5-2,0 mm) oralig'ida tushadi.Bu nur odatda linza yoki oyna orqali juda kuchli lazer nurini yaratish uchun taxminan 0,001 dyuym (0,025 mm) bo'lgan juda kichik nuqtaga yo'naltiriladi va kuchaytiriladi.Konturni kesishda iloji boricha silliq qoplamaga erishish uchun, konturli ishlov beriladigan qismning atrofini aylanib o'tayotganda, nurning polarizatsiyasi yo'nalishini aylantirish kerak.Plitalar metall kesish uchun fokus uzunligi odatda 1,5–3 dyuym (38–76 mm) ni tashkil qiladi.[7]
Mexanik kesishga nisbatan lazerli kesishning afzalliklari oson ishlov berish va ishlov beriladigan qismning ifloslanishini kamaytirishni o'z ichiga oladi (chunki material bilan ifloslanishi yoki materialni ifloslantirishi mumkin bo'lgan kesish tomoni yo'q).Aniqlik yaxshiroq bo'lishi mumkin, chunki jarayon davomida lazer nurlari eskirmaydi.Bundan tashqari, kesilayotgan materialning burish ehtimoli ham kamayadi, chunki lazer tizimlari kichik issiqlik ta'sir qiladigan zonaga ega.[8]Ba'zi materiallarni an'anaviy usullar bilan kesish juda qiyin yoki imkonsizdir.
Metalllarni lazer bilan kesish plazma bilan kesishga nisbatan aniqroq [9] va lavhalarni kesishda kamroq energiya sarflaydigan afzalliklarga ega;ammo, ko'pchilik sanoat lazerlari plazma kabi kattaroq metall qalinligini kesib o'tolmaydi.Yuqori quvvatda ishlaydigan yangi lazer mashinalari (ilk lazerli kesish mashinalarining 1500 vatt quvvatlaridan farqli o'laroq, 6000 vatt) qalin materiallarni kesish qobiliyatiga ko'ra plazma mashinalariga yaqinlashmoqda, ammo bunday mashinalarning kapital qiymati plazmanikiga qaraganda ancha yuqori. po'lat plitalar kabi qalin materiallarni kesishga qodir kesish mashinalari.[10]
Turlari
4000 vatt CO2 lazerli to'sar
Lazerni kesishda ishlatiladigan uchta asosiy lazer turi mavjud.CO2 lazeri kesish, zerikarli va o'yma uchun javob beradi.Neodimiy (Nd) va neodimiy ittriy-alyuminiy-granat (Nd: YAG) lazerlari uslubda bir xil va faqat qo'llanilishida farqlanadi.Nd zerikarli va yuqori energiya, lekin kam takrorlash talab qilinadigan joylarda ishlatiladi.Nd:YAG lazeri juda yuqori quvvat kerak bo'lgan joylarda va zerikarli va o'yma uchun ishlatiladi.Payvandlash uchun CO2 va Nd/Nd:YAG lazerlaridan ham foydalanish mumkin.[11]
CO2 lazerlari odatda gaz aralashmasidan oqim o'tkazish (to'g'ridan-to'g'ri to'g'ridan-to'g'ri qo'zg'alish) yoki radiochastota energiyasidan (RF qo'zg'alish) foydalanish orqali "nasoslanadi".RF usuli yangiroq va ommabop bo'ldi.DC konstruktsiyalari bo'shliq ichidagi elektrodlarni talab qilganligi sababli, ular elektrod eroziyasiga va shisha idishlar va optikaga elektrod materialining qoplamasiga duch kelishi mumkin.RF rezonatorlari tashqi elektrodlarga ega bo'lgani uchun ular bunday muammolarga moyil emas.CO2 lazerlari titanium, zanglamaydigan po'lat, yumshoq po'lat, alyuminiy, plastmassa, yog'och, yog'och, mum, mato va qog'oz kabi ko'plab materiallarni sanoat kesish uchun ishlatiladi.YAG lazerlari asosan metallar va keramikalarni kesish va chizish uchun ishlatiladi.[12]
Quvvat manbaiga qo'shimcha ravishda, gaz oqimining turi ham ishlashga ta'sir qilishi mumkin.CO2 lazerlarining keng tarqalgan variantlari tez eksenel oqim, sekin eksenel oqim, ko'ndalang oqim va plitani o'z ichiga oladi.Tez eksenel oqim rezonatorida karbonat angidrid, geliy va azot aralashmasi turbina yoki puflagich orqali yuqori tezlikda aylanadi.Transvers oqim lazerlari gaz aralashmasini pastroq tezlikda aylantiradi, bu esa oddiyroq puflagichni talab qiladi.Plitalar yoki diffuziya bilan sovutilgan rezonatorlar statik gaz maydoniga ega bo'lib, bosim yoki shisha idishlarni talab qilmaydi, bu esa almashtiriladigan turbinalar va shisha idishlarni tejashga olib keladi.
Lazer generatori va tashqi optika (shu jumladan fokus linzalari) sovutishni talab qiladi.Tizim hajmi va konfiguratsiyasiga qarab, chiqindi issiqlik sovutish suvi yoki to'g'ridan-to'g'ri havoga o'tkazilishi mumkin.Suv tez-tez ishlatiladigan sovutish suvi bo'lib, odatda sovutgich yoki issiqlik uzatish tizimi orqali aylanadi.
laser microjet - bu suv oqimi bilan boshqariladigan lazer bo'lib, unda impulsli lazer nurlari past bosimli suv oqimiga ulanadi.Bu lazer nurini optik tolaga o'xshab to'liq ichki aks ettirish orqali boshqarish uchun suv oqimidan foydalanganda lazerni kesish funktsiyalarini bajarish uchun ishlatiladi.Buning afzalliklari shundaki, suv ham qoldiqlarni olib tashlaydi va materialni sovutadi.An'anaviy "quruq" lazerli kesishga nisbatan qo'shimcha afzalliklarga yuqori kubiklarni kesish tezligi, parallel kesish va ko'p yo'nalishli kesish kiradi.[13]
Elyaf lazerlari metall kesish sanoatida tez sur'atlar bilan o'sib borayotgan qattiq holatdagi lazer turidir.CO2 dan farqli o'laroq, Fiber texnologiyasi gaz yoki suyuqlikdan farqli o'laroq, qattiq daromadli muhitdan foydalanadi."Urug'li lazer" lazer nurini ishlab chiqaradi va keyin shisha tolasi ichida kuchaytiriladi.To'lqin uzunligi atigi 1064 nanometr bo'lgan tolali lazerlar juda kichik nuqta o'lchamini (CO2 bilan solishtirganda 100 baravar kichikroq) ishlab chiqaradi, bu esa uni aks ettiruvchi metall materialni kesish uchun idealdir.Bu CO2 bilan solishtirganda tolaning asosiy afzalliklaridan biridir.[14]
Elyaf lazerli to'sarning afzalliklari quyidagilardan iborat:
Tez ishlov berish vaqtlari.
Energiya iste'moli va to'lovlarning kamayishi - yuqori samaradorlik tufayli.
Kattaroq ishonchlilik va ishlash - sozlash yoki tekislash uchun optika va almashtirish uchun lampalar yo'q.
Minimal texnik xizmat ko'rsatish.
Mis va guruch kabi yuqori aks ettiruvchi materiallarni qayta ishlash qobiliyati
Yuqori mahsuldorlik – past operatsion xarajatlar sarmoyangizdan ko'proq daromad keltiradi.[15]
Usullari
Lazerlar yordamida kesishning turli xil usullari mavjud, turli xil materiallar turli xil materiallarni kesish uchun ishlatiladi.Ba'zi usullar bug'lanish, eritish va zarba, eritish zarbasi va kuyish, termal kuchlanish yorilishi, chizish, sovuq kesish va yonish stabillashgan lazerli kesishdir.
Bug'lanishni kesish
Bug'lanishni kesishda fokuslangan nur materialning sirtini porlash nuqtasiga qizdiradi va kalit teshigi hosil qiladi.Kalit teshigi assimilyatsiya qilishning keskin o'sishiga olib keladi va teshikni tezda chuqurlashtiradi.Teshik chuqurlashib, material qaynayotganda, hosil bo'lgan bug erigan devorlarni emiradi va tashqariga chiqadi va teshikni yanada kengaytiradi.Yog'och, uglerod va termoset plastmassa kabi erimaydigan materiallar odatda bu usul bilan kesiladi.
Eriting va puflang
Eritma va zarba yoki termoyadroviy kesish kesish joyidan eritilgan materialni puflash uchun yuqori bosimli gazdan foydalanadi, bu esa quvvat talabini sezilarli darajada kamaytiradi.Avval material erish nuqtasiga qadar isitiladi, so'ngra gaz oqimi erigan materialni kerfdan tashqariga chiqarib yuboradi, bu materialning haroratini yanada ko'tarish zaruratidan qochadi.Ushbu jarayon bilan kesilgan materiallar odatda metallardir.
Termal stressning yorilishi
Mo'rt materiallar termal sindirishga ayniqsa sezgir, bu xususiyat termal kuchlanish yorilishida qo'llaniladi.Nur sirtga qaratilgan bo'lib, mahalliy isitish va issiqlik kengayishiga olib keladi.Bu keyinchalik nurni harakatlantirish orqali boshqarilishi mumkin bo'lgan yoriqga olib keladi.Yoriq m/s tartibida harakatlanishi mumkin.Odatda shisha kesish uchun ishlatiladi.
Silikon gofretlarni yashirincha kesish
Qo'shimcha ma'lumot: Gofretni maydalash
Yarimo'tkazgichli qurilmalarni ishlab chiqarishda tayyorlangan mikroelektron chiplarni kremniy plastinalardan ajratish to'lqin uzunligi (1064 nm) elektronga yaxshi moslashtirilgan impulsli Nd: YAG lazeri bilan ishlaydigan yashirin zarrachalar deb ataladigan jarayon orqali amalga oshirilishi mumkin. kremniyning tarmoqli bo'shlig'i (1,11 eV yoki 1117 nm).
Reaktiv kesish
Shuningdek, "yonib turgan stabillashtirilgan lazerli gazni kesish", "olovli kesish" deb ham ataladi.Reaktiv kesish kislorodli mash'alni kesishga o'xshaydi, lekin olov manbai sifatida lazer nurlari bilan.Ko'pincha 1 mm dan ortiq qalinlikdagi karbonli po'latni kesish uchun ishlatiladi.Bu jarayon nisbatan kam lazer quvvati bilan juda qalin po'lat plitalarni kesish uchun ishlatilishi mumkin.
Toleranslar va sirt qoplamasi
Lazerli to'sarlarning joylashishni aniqlash aniqligi 10 mikrometrga va takrorlanish qobiliyati 5 mikrometrga teng.[iqtibos keltirish kerak].
Standart pürüzlülük Rz qatlam qalinligi bilan ortadi, lekin lazer kuchi va kesish tezligi bilan kamayadi.800 Vt lazer quvvatiga ega past karbonli po'latni kesishda standart pürüzlülük Rz 1 mm varaq qalinligi uchun 10 mkm, 3 mm uchun 20 mkm va 6 mm uchun 25 mkm.
{\ 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}}}}
Bu erda: {\displaystyle S=}S= po'lat plitalar qalinligi mm;{\displaystyle P=}P= lazer quvvati kVt (ba'zi yangi lazer kesgichlar lazer quvvati 4 kVt);{\displaystyle V=}V= kesish tezligi daqiqada metrda.[16]
Bu jarayon juda yaqin toleranslarni, ko'pincha 0,001 dyuym (0,025 mm) oralig'ida ushlab turishga qodir.Qismning geometriyasi va mashinaning mexanik mustahkamligi bardoshlik qobiliyatiga juda bog'liq.Lazer nurlarini kesish natijasida yuzaga keladigan odatiy sirt qoplamasi 125 dan 250 mikro-dyuymgacha (0,003 mm dan 0,006 mm gacha) bo'lishi mumkin.[11]
Mashina konfiguratsiyasi
Ikki palletli uchuvchi optik lazer
Uchuvchi optik lazer boshi
Odatda sanoat lazerli kesish mashinalarining uch xil konfiguratsiyasi mavjud: harakatlanuvchi material, gibrid va uchuvchi optik tizimlar.Bular lazer nurining kesilishi yoki qayta ishlanishi kerak bo'lgan material ustida harakatlanishini anglatadi.Bularning barchasi uchun harakat o'qlari odatda X va Y o'qlari bilan belgilanadi.Agar kesish boshi boshqarilishi mumkin bo'lsa, u Z o'qi sifatida belgilanadi.
Harakatlanuvchi material lazerlari statsionar kesish boshiga ega va uning ostida materialni harakatga keltiradi.Ushbu usul lazer generatoridan ishlov beriladigan qismga doimiy masofani va chiqib ketish oqava suvlarini olib tashlash uchun bitta nuqtani ta'minlaydi.Bu kamroq optikani talab qiladi, lekin ish qismini harakatlantirishni talab qiladi.Ushbu uslubdagi mashina eng kam nurli uzatish optikasiga ega, lekin ayni paytda eng sekin bo'ladi.
Gibrid lazerlar bir o'qda (odatda X o'qi) harakatlanadigan stolni ta'minlaydi va boshni qisqaroq (Y) o'qi bo'ylab harakatlantiradi.Bu uchuvchi optik mashinaga qaraganda ko'proq doimiy nur uzatish yo'li uzunligiga olib keladi va oddiyroq nur uzatish tizimiga imkon berishi mumkin.Bu etkazib berish tizimida quvvat yo'qotilishining kamayishiga va uchuvchi optik mashinalarga qaraganda vatt uchun ko'proq quvvatga olib kelishi mumkin.
Uchuvchi optik lazerlar statsionar stol va kesish boshi (lazer nurlari bilan) bilan jihozlangan bo'lib, ular har ikkala gorizontal o'lchamda ish qismi ustida harakatlanadi.Uchuvchi optik to'sarlar ishlov berish jarayonida ish qismini statsionar holatda ushlab turadi va ko'pincha materialni siqishni talab qilmaydi.Harakatlanuvchi massa doimiydir, shuning uchun ish qismining o'zgaruvchan o'lchamlari dinamikaga ta'sir qilmaydi.Uchuvchi optik mashinalar eng tez turi bo'lib, bu nozikroq ish qismlarini kesishda foydalidir.[17]
Uchuvchi optik mashinalar o'zgaruvchan nur uzunligini yaqin maydondan (rezonatorga yaqin) kesishdan uzoq maydonga (rezonatordan uzoqda) kesishni hisobga olish uchun ba'zi usullardan foydalanishi kerak.Buni nazorat qilishning umumiy usullari kollimatsiya, adaptiv optika yoki doimiy nur uzunligi o'qidan foydalanishni o'z ichiga oladi.
Besh va olti o'qli mashinalar, shuningdek, shakllangan ish qismlarini kesishga imkon beradi.Bundan tashqari, lazer nurini shaklli ish qismiga yo'naltirish, to'g'ri fokus masofasini va ko'krak qafasini ushlab turishning turli usullari mavjud.
Pulsatsiya
Qisqa vaqt davomida yuqori quvvatli energiya portlashini ta'minlaydigan impulsli lazerlar ba'zi lazerli kesish jarayonlarida, ayniqsa pirsing uchun yoki juda kichik teshiklar yoki juda past kesish tezligi talab qilinganda juda samarali bo'ladi, chunki agar doimiy lazer nuri ishlatilsa, issiqlik butun bo'lakni eritish nuqtasiga etib borishi mumkin edi.
Ko'pgina sanoat lazerlari NC (raqamli nazorat) dasturi nazorati ostida CW (uzluksiz to'lqin) ni pulsatsiya qilish yoki kesish qobiliyatiga ega.
Ikki pulsli lazerlar materialni olib tashlash tezligi va teshik sifatini yaxshilash uchun bir qator zarba juftlaridan foydalanadi.Asosan, birinchi impuls materialni sirtdan olib tashlaydi, ikkinchisi esa ejektaning teshik yoki kesilgan tomonga yopishib qolishini oldini oladi.[18]
Yuborilgan vaqt: 16-iyun-2022