Основы лазерной резки

Лазеры впервые были использованы для резки еще в 1970-х годах. В современном промышленном производстве лазерная резка все шире применяется при обработке листового металла, пластмасс, стекла, керамики, полупроводников, текстиля, обработки древесины и бумаги и других материалов.

 

 

Когда сфокусированный лазерный луч попадает на заготовку, облучаемая область резко нагревается, расплавляя или испаряя материал. Как только лазерный луч проникает в заготовку, начинается процесс резки: лазерный луч движется вдоль контурной линии, плавя материал. Расплавленный материал обычно выдувается из реза струей воздуха, оставляя между отрезанной деталью и держателем пластины узкую щель, ширина которой почти равна ширине сфокусированного лазерного луча.

 

Пламенная резка
Газовая резка — это стандартный процесс, используемый при резке мягкой стали с использованием кислорода в качестве режущего газа. Кислород подается под давлением до 6 бар и вдувается в разрез. Там нагретый металл вступает в реакцию с кислородом: начинает гореть и окисляться. Химическая реакция высвобождает большое количество энергии (до пяти раз превышающей энергию лазера), которая помогает лазерному лучу резать.

 

Резка расплавом
Резка расплавом — еще один стандартный процесс, используемый при резке металлов. Его также можно использовать для резки других легкоплавких материалов, таких как керамика.

В качестве режущего газа используется азот или аргон, а давление газа от 2 до 20 бар продувается через пропил. Аргон и азот являются инертными газами, что означает, что они не вступают в реакцию с расплавленным металлом в пропиле, а просто сдувают его вниз. В то же время инертные газы защищают кромку реза от окисления воздухом.

 

Резка сжатым воздухом
Сжатый воздух также можно использовать для резки тонких пластин. Воздуха под давлением 5-6 бар достаточно, чтобы выдуть расплавленный металл в месте реза. Поскольку почти 80% воздуха составляет азот, резка сжатым воздухом по сути является резкой расплава.

 

Плазменная резка
Если параметры выбраны правильно, в разрезе плазменной резки появится плазменное облако. Плазменное облако состоит из ионизированных паров металла и ионизированного режущего газа. Плазменное облако поглощает энергию CO2-лазера и преобразует ее в заготовку, так что к заготовке передается больше энергии, и материал плавится быстрее, что приводит к более высокой скорости резки. По этой причине этот процесс резки также называют высокоскоростной плазменной резкой.

Плазменное облако фактически прозрачно для твердотельных лазеров, поэтому резка плавлением с плазмой возможна только с помощью CO2-лазеров.

 

Газификационная резка
Испарительная резка испаряет материал, сводя к минимуму термическое воздействие на окружающий материал. Этого можно достичь, используя непрерывную обработку CO2-лазером для испарения низкотемпературных материалов с высокой поглощающей способностью, таких как тонкие пластиковые пленки, а также неплавких материалов, таких как дерево, бумага и пенопласт.
Ультракороткие импульсные лазеры позволяют применять эту технологию к другим материалам. Свободные электроны в металле поглощают лазер и резко нагреваются. Лазерный импульс не реагирует с расплавленными частицами и плазмой, материал сублимируется напрямую, и энергия не успевает передаться окружающему материалу в виде тепла. Пикосекундные импульсы удаляют материал без видимого теплового эффекта, плавления и образования заусенцев.

 

Параметры: Настройка процесса
На процесс лазерной резки влияет множество параметров, некоторые из которых зависят от технических характеристик лазера и станка, а другие являются переменными.

 

Поляризация
Поляризация показывает, какой процент лазерного света преобразуется. Типичная поляризация обычно составляет около 90%. Этого достаточно для качественной резки.

Диаметр фокуса
Фокусный диаметр влияет на ширину огранки и может быть изменен путем изменения фокусного расстояния фокусирующей линзы. Меньший фокусный диаметр означает более узкий зев.

Положение фокуса
Положение фокусной точки определяет диаметр луча и плотность мощности на поверхности заготовки, а также форму реза.

Мощность лазера
Мощность лазера должна соответствовать типу обработки, типу и толщине материала. Мощность должна быть достаточно высокой, чтобы плотность мощности на заготовке превышала порог обработки.