Lasery byly poprvé použity pro řezání v 70. letech 20. století. V moderní průmyslové výrobě se laserové řezání široce využívá při zpracování plechů, plastů, skla, keramiky, polovodičů, textilu, dřeva a papíru.
V několika příštích letech dosáhne podstatného růstu také aplikace laserového řezání v oblasti přesného obrábění a mikroobrábění.
řezání laserem
Když zaostřený laserový paprsek dopadá na obrobek, ozařovaná oblast se dramaticky zahřeje, aby se materiál roztavil nebo odpařil. Jakmile laserový paprsek pronikne do obrobku, začíná proces řezání: Laserový paprsek se pohybuje podél obrysu a přitom taví materiál. Proud vzduchu se obvykle používá k odfouknutí taveniny od zářezu, přičemž mezi řezanou částí a držákem desky zůstane úzká mezera, téměř stejně široká jako zaostřený laserový paprsek.
Řezání plamenem
Řezání kyslíkem je standardní proces pro řezání měkké oceli za použití kyslíku jako řezného plynu. Do řezu je vháněn kyslík natlakovaný až na 6 bar. Tam zahřátý kov reaguje s kyslíkem: začíná spalování a oxidace. Chemická reakce uvolňuje velké množství energie (až pětinásobek výkonu laseru), která pomáhá laserovému paprsku při řezání.
obrázek
Obrázek 1 Laserový paprsek roztaví obrobek a řezný plyn odfoukne roztavený materiál a strusku v řezu
Řezání taveniny
Tavné řezání je dalším standardním procesem používaným při řezání kovu. Lze jej také použít k řezání jiných tavitelných materiálů, jako je keramika.
Jako řezný plyn se používá dusík nebo argon a řezem se vhání plyn o tlaku 2-20 bar. Argon a dusík jsou inertní plyny, což znamená, že nereagují s roztaveným kovem v řezu, pouze jej odfukují směrem ke dnu. Inertní plyn může zároveň chránit řeznou hranu před oxidací vzduchem.
řezání stlačeným vzduchem
K řezání tenkých plechů lze také použít stlačený vzduch. Vzduch stlačený na 5-6 bar je dostatečný k vyfouknutí roztaveného kovu z řezu. Protože vzduch obsahuje téměř 80 procent dusíku, řezání stlačeným vzduchem je v podstatě tavné řezání.
řezání za pomoci plazmy
Jsou-li parametry zvoleny správně, objeví se v řezné zářezu za pomoci plazmy oblak plazmy. Plazmový oblak se skládá z ionizovaných kovových par a ionizovaného řezného plynu. Plazmový oblak absorbuje energii CO2 laseru a přenáší ji do obrobku, takže se k obrobku připojí více energie a materiál se rychleji roztaví, což má za následek vyšší rychlost řezání. Proto se tento proces řezání také nazývá vysokorychlostní řezání plazmou.
Plazmová oblaka jsou pro pevnolátkové lasery prakticky průhledná, takže pro plazmové tavné řezání lze použít pouze CO2 lasery.
obrázek
zplyňovací řezání
Zplynovací řezání materiál odpařuje, čímž se minimalizuje tepelný účinek na okolní materiály. Toho lze dosáhnout odpařováním nízkoteplotních, vysoce absorbujících materiálů, jako jsou tenké plastové fólie, a také netavitelných materiálů, jako je dřevo, papír, pěna atd., pomocí kontinuálního zpracování CO2 laserem.
Lasery s ultrakrátkým pulsem umožňují tuto techniku aplikovat i na jiné materiály. Volné elektrony v kovu absorbují laserové světlo a prudce se zahřívají. Laserové pulsy nereagují s roztavenými částicemi a plazmatem a materiál přímo sublimuje, takže nezbývá čas na přenos energie ve formě tepla do okolních materiálů. Pikosekundové pulsy odebírají materiál bez výrazných tepelných účinků, tavení a tvorby otřepů.
obrázek
Obrázek 3 Řezání zplyňováním: Laser odpařuje a spálí materiál. Tlak páry způsobí, že struska vyteče z řezu
Parametry: Úprava procesu obrábění
Proces řezání laserem ovlivňuje mnoho parametrů, z nichž některé závisí na technickém výkonu laseru a obráběcího stroje, zatímco jiné se liší.
stupeň polarizace
Stupeň polarizace udává, jaké procento laserového světla je přeměněno. Typický stupeň polarizace je kolem 90 procent. To je více než dostatečné pro vysoce kvalitní řez.
ohniskový průměr
Ohniskový průměr ovlivňuje šířku zářezu a ohniskový průměr lze změnit změnou ohniskové vzdálenosti zaostřovacího zrcátka. Menší ohniskový průměr znamená užší řez.
pozice zaostření
Poloha ohniska určuje průměr paprsku a hustotu výkonu na povrchu obrobku a také tvar řezu.
obrázek
Obrázek 4 Poloha zaostření: uvnitř obrobku, na povrchu obrobku a nad obrobkem
výkon laseru
Výkon laseru by měl odpovídat typu zpracování, typu materiálu a tloušťce. Výkon musí být dostatečně vysoký, aby hustota výkonu na obrobku přesáhla práh obrábění.
obrázek
Obrázek 5 Vyšší výkon laseru může řezat silnější materiály
Pracovní režim
Kontinuální režim se používá především pro řezání standardních profilů kovů a plastů v milimetrových až centimetrových velikostech. K roztavení perforací nebo vytvoření přesných kontur se používají nízkofrekvenční pulzní lasery.
řezná rychlost
Výkon laseru a rychlost řezání se musí navzájem shodovat. Příliš rychlé nebo příliš pomalé řezné rychlosti budou mít za následek zvýšenou drsnost a tvorbu otřepů.
obrázek
Obrázek 6 Řezná rychlost klesá s rostoucí tloušťkou plechu
Průměr trysky
Průměr trysky určuje rychlost proudění a tvar proudu plynu z trysky. Čím silnější je materiál, tím větší je průměr paprsku plynu a tím i průměr otvoru trysky.
Čistota plynu a barometrický tlak
Jako řezné plyny se často používají kyslík a dusík. Čistota a tlak plynu ovlivňují řezný účinek.
Při řezání kyslíko-palivem je vyžadována čistota plynu 99,95 procent. Čím silnější je ocelový plech, tím nižší je použitý tlak plynu.
Tavné řezání dusíkem vyžaduje čistotu plynu 99,995 procenta (ideálně 99,999 procenta) a pro tavné řezání silnějších ocelových plechů jsou vyžadovány vyšší tlaky plynu.
Technický list
V počátcích řezání laserem si museli uživatelé sami rozhodnout o nastavení parametrů zpracování ve zkušebním provozu. Dobře nastavené parametry zpracování jsou nyní uloženy v řídicí jednotce řezacího systému. Pro každý typ materiálu a tloušťku existují odpovídající údaje. Technický list umožňuje bezproblémový provoz laserového řezacího zařízení i pro ty, kteří tuto technologii neznají.
Faktory hodnocení kvality řezání laserem
Existuje mnoho kritérií pro posuzování kvality laserem řezané hrany. Normy, jako je otřepy, prohlubeň a textura, lze posoudit pouhým okem; svislost, drsnost a šířku řezu atd. je třeba měřit speciálními přístroji. Usazování materiálu, koroze, tepelně ovlivněná zóna a deformace jsou také důležité faktory pro měření kvality řezání laserem.
