Lazerlə kəsmə, materialları buxarlamaq üçün lazerdən istifadə edən bir texnologiyadır və nəticədə bir kənar kəsilir.Adətən sənaye istehsalı tətbiqləri üçün istifadə edilsə də, indi məktəblər, kiçik müəssisələr, memarlıq və hobbilər tərəfindən istifadə olunur.Lazer kəsmə yüksək güclü lazerin çıxışını ən çox optika vasitəsilə istiqamətləndirməklə işləyir.Lazer şüasını materiala yönəltmək üçün lazer optikası və CNC (kompüter ədədi idarəetmə) istifadə olunur.Materialları kəsmək üçün kommersiya lazeri material üzərində kəsiləcək naxışın CNC və ya G kodunu izləmək üçün hərəkətə nəzarət sistemindən istifadə edir.Fokuslanmış lazer şüası materiala yönəldilir, o, daha sonra əriyir, yanır, buxarlanır və ya qaz axını ilə sovrulur[1] və yüksək keyfiyyətli səthə malik bir kənar buraxır.
Tarix
1965-ci ildə ilk istehsal lazer kəsmə maşını almaz kalıplarında deliklər açmaq üçün istifadə edilmişdir.Bu maşın Qərb Elektrik Mühəndisliyi Araşdırma Mərkəzi tərəfindən hazırlanmışdır.[3]1967-ci ildə britaniyalılar metallar üçün lazerlə oksigen cərəyanı ilə kəsmə işinə öncülük etdi.[4]1970-ci illərin əvvəllərində bu texnologiya aerokosmik tətbiqlər üçün titan kəsmək üçün istehsala qoyuldu.Eyni zamanda, CO2 lazerləri tekstil kimi qeyri-metalları kəsmək üçün uyğunlaşdırılmışdır, çünki o zamanlar CO2 lazerləri metalların istilik keçiriciliyini aradan qaldırmaq üçün kifayət qədər güclü deyildi.[5]
Proses
CNC interfeysi vasitəsilə proqramlaşdırılmış kəsmə təlimatları ilə poladın sənaye lazerlə kəsilməsi
Lazer şüası ümumiyyətlə iş zonasında yüksək keyfiyyətli lens istifadə edərək fokuslanır.Şüanın keyfiyyəti fokuslanmış ləkə ölçüsünə birbaşa təsir göstərir.Fokuslanmış şüanın ən dar hissəsinin diametri ümumiyyətlə 0,0125 düymdən (0,32 mm) azdır.Materialın qalınlığından asılı olaraq 0,004 düym (0,10 mm) kimi kiçik aralıq enləri mümkündür.[6]Kəsməyə kənardan başqa bir yerdən başlaya bilmək üçün hər kəsmədən əvvəl deşilir.Pirsinq adətən materialda yavaş-yavaş deşik açan, məsələn, 0,5 düym qalınlığında (13 mm) paslanmayan polad üçün təxminən 5-15 saniyə çəkən yüksək güclü impulslu lazer şüasını əhatə edir.
Lazer mənbəyindən koherent işığın paralel şüaları çox vaxt diametri 0,06-0,08 düym (1,5-2,0 mm) aralığında düşür.Bu şüa çox sıx lazer şüası yaratmaq üçün adətən obyektiv və ya güzgü vasitəsilə təxminən 0,001 düym (0,025 mm) çox kiçik bir nöqtəyə fokuslanır və intensivləşdirilir.Kontur kəsmə zamanı mümkün olan ən hamar finiş əldə etmək üçün konturlu iş parçasının periferiyası ətrafında gedərkən şüa polarizasiyasının istiqaməti fırlanmalıdır.Sac metal kəsmə üçün fokus uzunluğu adətən 1,5–3 düymdür (38–76 mm).[7]
Lazer kəsmənin mexaniki kəsmə ilə müqayisədə üstünlükləri daha asan işləmə və iş parçasının çirklənməsinin azaldılmasını əhatə edir (çünki materialla çirklənə və ya materialı çirkləndirə bilən kəsici kənar yoxdur).Dəqiqlik daha yaxşı ola bilər, çünki proses zamanı lazer şüası köhnəlmir.Lazer sistemlərində kiçik istilik təsir zonası olduğundan, kəsilən materialın əyilmə şansı da azalır.[8]Bəzi materialları daha ənənəvi üsullarla kəsmək də çox çətindir və ya qeyri-mümkündür.
Metallar üçün lazerlə kəsmə plazma ilə kəsmə ilə müqayisədə daha dəqiq[9] və təbəqə metal kəsərkən daha az enerji sərf etməklə üstünlüklərə malikdir;lakin, əksər sənaye lazerləri plazmanın edə biləcəyi daha böyük metal qalınlığını kəsə bilməz.Daha yüksək gücdə işləyən daha yeni lazer maşınları (erkən lazer kəsmə maşınlarının 1500 vatt gücündən fərqli olaraq 6000 vatt) qalın materialları kəsmək qabiliyyətinə görə plazma maşınlarına yaxınlaşır, lakin bu cür maşınların əsas dəyəri plazma ilə müqayisədə xeyli yüksəkdir. polad lövhə kimi qalın materialları kəsməyə qadir olan kəsici maşınlar.[10]
Növlər
4000 vatt CO2 lazer kəsici
Lazer kəsimində istifadə olunan üç əsas lazer növü vardır.CO2 lazer kəsmə, qazma və oyma üçün uyğundur.Neodim (Nd) və neodimium ittrium-alüminium-qranat (Nd:YAG) lazerləri üslubda eynidir və yalnız tətbiqi baxımından fərqlənir.Nd darıxdırıcı və yüksək enerji, lakin az təkrarlama tələb olunduğu yerlərdə istifadə olunur.Nd:YAG lazeri çox yüksək güc tələb olunan yerlərdə və qazma və oyma üçün istifadə olunur.Həm CO2, həm də Nd/Nd:YAG lazerləri qaynaq üçün istifadə edilə bilər.[11]
CO2 lazerləri adətən qaz qarışığından cərəyan keçirərək (DC-həyəcanlı) və ya radiotezlik enerjisindən (RF-həyəcanlı) istifadə etməklə “pompalanır”.RF metodu daha yenidir və daha populyarlaşdı.DC dizaynları boşluq içərisində elektrodlar tələb etdiyindən, şüşə qablar və optika üzərində elektrod eroziyası və elektrod materialının örtülməsi ilə qarşılaşa bilər.RF rezonatorlarında xarici elektrodlar olduğundan, onlar bu problemlərə meylli deyillər.CO2 lazerləri titan, paslanmayan polad, yumşaq polad, alüminium, plastik, ağac, mühəndis ağac, mum, parçalar və kağız daxil olmaqla bir çox materialın sənaye kəsilməsi üçün istifadə olunur.YAG lazerləri əsasən metalları və keramikaları kəsmək və cızmaq üçün istifadə olunur.[12]
Enerji mənbəyinə əlavə olaraq, qaz axınının növü də performansa təsir göstərə bilər.CO2 lazerlərinin ümumi variantlarına sürətli eksenel axın, yavaş eksenel axın, eninə axın və plitə daxildir.Sürətli eksenel axın rezonatorunda karbon dioksid, helium və azot qarışığı turbin və ya üfleyici tərəfindən yüksək sürətlə dövr edir.Transvers axın lazerləri qaz qarışığını daha aşağı sürətlə dövriyyə edir, daha sadə bir üfleyici tələb edir.Plitələr və ya diffuziya ilə soyudulmuş rezonatorlar heç bir təzyiq və ya şüşə qab tələb etməyən statik qaz sahəsinə malikdir və bu, əvəzedici turbinlərə və şüşə qablara qənaət etməyə səbəb olur.
Lazer generatoru və xarici optika (fokus lensi daxil olmaqla) soyutma tələb edir.Sistemin ölçüsündən və konfiqurasiyasından asılı olaraq, tullantı istilik soyuducu ilə və ya birbaşa havaya ötürülə bilər.Su, bir qayda olaraq, soyuducu və ya istilik ötürmə sistemi vasitəsilə dövriyyədə olan, çox istifadə edilən soyuducudur.
laser microjet, impulslu lazer şüasının aşağı təzyiqli su jetinə birləşdirildiyi su reaktiv idarə olunan lazerdir.Bu, optik lif kimi, tam daxili əks vasitəsilə lazer şüasını istiqamətləndirmək üçün su axınından istifadə edərkən lazer kəsmə funksiyalarını yerinə yetirmək üçün istifadə olunur.Bunun üstünlüyü ondan ibarətdir ki, su həm də zibilləri çıxarır və materialı soyudur.Ənənəvi “quru” lazer kəsmə ilə müqayisədə əlavə üstünlüklər yüksək küp kəsmə sürəti, paralel kəsmə və hər yönlü kəsmədir.[13]
Fiber lazerlər metal kəsmə sənayesində sürətlə böyüyən bərk hallı lazer növüdür.CO2-dən fərqli olaraq, Fiber texnologiyası qaz və ya mayedən fərqli olaraq bərk qazanc mühitindən istifadə edir."Toxum lazeri" lazer şüasını istehsal edir və sonra şüşə lifi içərisində gücləndirilir.Yalnız 1064 nanometr dalğa uzunluğu ilə fiber lazerlər çox kiçik bir ləkə ölçüsü (CO2 ilə müqayisədə 100 dəfəyə qədər kiçik) istehsal edir və onu əks etdirən metal materialı kəsmək üçün ideal edir.Bu, CO2 ilə müqayisədə Fiberin əsas üstünlüklərindən biridir.[14]
Fiber lazer kəsicinin üstünlüklərinə aşağıdakılar daxildir:
Sürətli emal vaxtları.
Azaldılmış enerji istehlakı və hesablar – daha yüksək səmərəlilik sayəsində.
Daha yüksək etibarlılıq və performans - tənzimləmək və ya düzləşdirmək üçün optika və dəyişdiriləcək lampalar yoxdur.
Minimum texniki qulluq.
Mis və mis kimi yüksək əks etdirən materialları emal etmək bacarığı
Daha yüksək məhsuldarlıq – aşağı əməliyyat xərcləri investisiyanıza daha çox gəlir gətirir.[15]
Metodlar
Fərqli materialları kəsmək üçün müxtəlif növlərdən istifadə edilən lazerlərdən istifadə edərək kəsmədə bir çox fərqli üsul var.Metodlardan bəziləri buxarlanma, əritmə və üfürmə, ərimə zərbəsi və yandırma, termal gərginliklə krekinq, cızma, soyuq kəsmə və yanan stabilləşdirilmiş lazer kəsmədir.
Buxarlanma kəsimi
Buxarlanma zamanı fokuslanmış şüa materialın səthini alovlanma nöqtəsinə qədər qızdırır və açar deşiyi yaradır.Açar dəliyi udma qabiliyyətinin qəfil artmasına gətirib çıxarır və çuxuru sürətlə dərinləşdirir.Çuxur dərinləşdikcə və material qaynadıqca əmələ gələn buxar ərimiş divarları aşındıraraq çölə üfürür və çuxuru daha da genişləndirir.Taxta, karbon və termoset plastikləri kimi əriməyən materiallar adətən bu üsulla kəsilir.
Ərin və üfürün
Əridmə və üfürmə və ya əritmə ilə kəsmə, kəsmə sahəsindən ərimiş materialı üfürmək üçün yüksək təzyiqli qazdan istifadə edir, bu da güc tələbini xeyli azaldır.Əvvəlcə material ərimə nöqtəsinə qədər qızdırılır, sonra bir qaz axını materialın temperaturunu daha da artırmaq ehtiyacından qaçaraq ərimiş materialı çuxurdan çıxarır.Bu proseslə kəsilmiş materiallar adətən metallardır.
Termal stress krekinti
Kövrək materiallar termal qırılmaya xüsusilə həssasdır, bu xüsusiyyət termal gərginlik krekinqində istifadə olunur.Bir şüa lokallaşdırılmış istilik və istilik genişlənməsinə səbəb olan səthə yönəldilir.Bu, daha sonra şüanın hərəkəti ilə idarə oluna bilən bir çatla nəticələnir.Çat m/s ardıcıllıqla hərəkət edə bilər.Adətən şüşə kəsmək üçün istifadə olunur.
Silikon vaflilərin gizli doğranması
Əlavə məlumat: Gofret dilimləri
Yarımkeçirici qurğuların istehsalında hazırlanan mikroelektron çiplərin silikon vaflilərdən ayrılması dalğa uzunluğu (1064 nm) elektron dalğalara yaxşı uyğunlaşdırılmış impulslu Nd:YAG lazeri ilə işləyən gizli dilimləmə prosesi adlanan üsulla həyata keçirilə bilər. silisiumun zolaq boşluğu (1,11 eV və ya 1117 nm).
Reaktiv kəsmə
Həmçinin “yanan stabilləşdirilmiş lazer qazı kəsmə”, “alovla kəsmə” adlanır.Reaktiv kəsmə oksigen məşəli ilə kəsmə kimidir, lakin alov mənbəyi kimi lazer şüası ilə.Əsasən qalınlığı 1 mm-dən çox olan karbon poladlarının kəsilməsi üçün istifadə olunur.Bu proses nisbətən az lazer gücü ilə çox qalın polad lövhələri kəsmək üçün istifadə edilə bilər.
Tolerantlıqlar və səthi bitirmə
Lazer kəsicilərin yerləşdirmə dəqiqliyi 10 mikrometr və təkrarlanma qabiliyyəti 5 mikrometrdir.[sitat lazımdır].
Standart pürüzlülük Rz təbəqənin qalınlığı ilə artır, lakin lazer gücü və kəsmə sürəti ilə azalır.800 Vt lazer gücü ilə aşağı karbonlu polad kəsərkən standart pürüzlülük Rz 1 mm təbəqə qalınlığı üçün 10 μm, 3 mm üçün 20 μm və 6 mm üçün 25 μm-dir.
{\ 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}}}}
Harada: {\displaystyle S=}S= polad təbəqə qalınlığı mm;{\displaystyle P=}P= kVt-da lazer gücü (bəzi yeni lazer kəsicilər 4 kVt lazer gücünə malikdir);{\displaystyle V=}V= dəqiqədə metrlə kəsmə sürəti.[16]
Bu proses çox vaxt 0,001 düym (0,025 mm) daxilində olduqca yaxın tolerantlıqları saxlamağa qadirdir.Parçanın həndəsəsi və maşının mexaniki möhkəmliyi dözümlülük imkanları ilə çox bağlıdır.Lazer şüası ilə kəsmə nəticəsində yaranan tipik səth bitirmə 125 ilə 250 mikro-düym (0,003 mm ilə 0,006 mm) arasında dəyişə bilər.[11]
Maşın konfiqurasiyaları
İki paletli uçan optik lazer
Uçan optik lazer başlığı
Sənaye lazer kəsmə maşınlarının ümumiyyətlə üç müxtəlif konfiqurasiyası var: hərəkət edən material, hibrid və uçan optik sistemlər.Bunlar lazer şüasının kəsiləcək və ya emal ediləcək material üzərində hərəkət etmə üsuluna aiddir.Bütün bunlar üçün hərəkət oxları adətən X və Y oxu olaraq təyin olunur.Əgər kəsici başlıq idarə oluna bilərsə, o, Z oxu kimi təyin olunur.
Hərəkətli material lazerləri stasionar kəsici başlığa malikdir və materialı onun altında hərəkət etdirir.Bu üsul lazer generatorundan iş parçasına qədər sabit bir məsafəni və kəsici tullantıların çıxarılması üçün bir nöqtəni təmin edir.Daha az optika tələb edir, lakin iş parçasını hərəkət etdirməyi tələb edir.Bu üslubda olan maşın ən az şüa ötürmə optikasına malikdir, həm də ən yavaş olur.
Hibrid lazerlər bir oxda (adətən X oxu) hərəkət edən və başı daha qısa (Y) oxu boyunca hərəkət edən bir masa təmin edir.Bu, uçan optik maşından daha sabit şüa ötürmə yolunun uzunluğu ilə nəticələnir və daha sadə şüa ötürmə sisteminə icazə verə bilər.Bu, çatdırılma sistemində enerji itkisinin azalmasına və uçan optika maşınlarına nisbətən vatt başına daha çox tutuma səbəb ola bilər.
Uçan optik lazerlər hər iki üfüqi ölçüdə iş parçası üzərində hərəkət edən stasionar masa və kəsici başlığa (lazer şüası ilə) malikdir.Uçan optik kəsicilər emal zamanı iş parçasını sabit saxlayır və çox vaxt materialın sıxılmasını tələb etmir.Hərəkət edən kütlə sabitdir, ona görə də iş parçasının müxtəlif ölçüləri dinamikaya təsir göstərmir.Uçan optika maşınları ən sürətli tipdir, bu da daha incə iş parçalarını kəsərkən əlverişlidir.[17]
Uçan optik maşınlar yaxın sahədən (rezonatora yaxın) kəsicidən uzaq sahəyə (rezonatordan uzaqda) kəsmə şüasının dəyişən uzunluğunu nəzərə almaq üçün bəzi üsullardan istifadə etməlidirlər.Buna nəzarət etmək üçün ümumi üsullara kollimasiya, adaptiv optika və ya sabit şüa uzunluğu oxundan istifadə daxildir.
Beş və altı oxlu dəzgahlar da formalaşmış iş parçalarını kəsməyə imkan verir.Bundan əlavə, lazer şüasının formalı iş parçasına yönəldilməsi, düzgün fokus məsafəsi və nozzle dayanması və s.
Pulsing
Qısa müddət ərzində yüksək güclü enerji partlayışını təmin edən impulslu lazerlər bəzi lazer kəsmə proseslərində, xüsusən də pirsinq üçün və ya çox kiçik deşiklər və ya çox aşağı kəsmə sürətləri tələb olunduqda çox təsirli olur, çünki daimi lazer şüası istifadə olunarsa, istilik kəsilən bütün parçanın əriməsi nöqtəsinə çata bilər.
Əksər sənaye lazerləri NC (rəqəmsal nəzarət) proqramı nəzarəti altında CW (davamlı dalğa) impuls və ya kəsmə qabiliyyətinə malikdir.
İkiqat nəbzli lazerlər materialın çıxarılması sürətini və deşik keyfiyyətini yaxşılaşdırmaq üçün bir sıra nəbz cütlərindən istifadə edir.Əsasən, birinci impuls materialı səthdən çıxarır, ikincisi isə ejektanın çuxur və ya kəsilmiş tərəfə yapışmasının qarşısını alır.[18]
Göndərmə vaxtı: 16 iyun 2022-ci il