Lāzeri pirmo reizi tika izmantoti griešanai pagājušā gadsimta 70. gados. Mūsdienu rūpnieciskajā ražošanā lāzergriešana tiek plaši izmantota lokšņu metāla, plastmasas, stikla, keramikas, pusvadītāju, tekstilizstrādājumu, koka un papīra apstrādē.
Tuvākajos gados būtisku izaugsmi sasniegs arī lāzergriešanas pielietojums precīzās apstrādes un mikroapstrādes jomā.
lāzergriešana
Kad fokusēts lāzera stars tiek spīdināts uz apstrādājamo priekšmetu, apstarotā zona dramatiski uzsilst, izkausējot vai iztvaikojot materiālu. Tiklīdz lāzera stars iekļūst sagatavē, sākas griešanas process: Lāzera stars kustas pa kontūru, kausējot materiālu. Gaisa strūklu parasti izmanto, lai izpūstu kausējumu no roba, atstājot šauru spraugu starp griezto daļu un plāksnes turētāju, gandrīz tikpat platu kā fokusētais lāzera stars.
Liesmas griešana
Griešana ar skābekli ir standarta process viegla tērauda griešanai, izmantojot skābekli kā griešanas gāzi. Skābeklis ar spiedienu līdz 6 bāriem tiek iepūsts griezumā. Tur sakarsētais metāls reaģē ar skābekli: sākas degšana un oksidēšanās. Ķīmiskā reakcija atbrīvo lielu enerģijas daudzumu (līdz piecām reizēm pārsniedz lāzera jaudu), lai palīdzētu lāzera staram griezt.
bilde
1. attēls Lāzera stars izkausē apstrādājamo priekšmetu, un griešanas gāze izpūš izkausēto materiālu un izdedžus griezumā.
Izkausēšanas griešana
Kodolgriešana ir vēl viens standarta process, ko izmanto metāla griešanai. Var izmantot arī citu kausējamu materiālu, piemēram, keramikas griešanai.
Slāpekli vai argonu izmanto kā griešanas gāzi, un gāze ar spiedienu 2-20 bar tiek izpūsta caur griezumu. Argons un slāpeklis ir inertas gāzes, kas nozīmē, ka tie nereaģē ar izkausēto metālu griezumā, vienkārši izpūšot to apakšā. Tajā pašā laikā inertā gāze var aizsargāt griešanas malu no oksidēšanās ar gaisu.
saspiesta gaisa griešana
Plāno lokšņu griešanai var izmantot arī saspiestu gaisu. Ar gaisa spiedienu līdz 5-6 stienim pietiek, lai izkausētu metālu no griezuma vietas. Tā kā gaiss ir gandrīz 80 procenti slāpekļa, saspiestā gaisa griešana pamatā ir kodolsintēzes griešana.
plazmas griešana
Ja parametri ir pareizi izvēlēti, plazmas mākonis parādīsies plazmas kausēšanas griešanas griezumā. Plazmas mākonis sastāv no jonizētiem metāla tvaikiem un jonizētas griešanas gāzes. Plazmas mākonis absorbē CO2 lāzera enerģiju un pārnes to uz apstrādājamo priekšmetu, tādējādi sagatavei tiek pievienots vairāk enerģijas, un materiāls ātrāk izkusīs, kā rezultātā palielināsies griešanas ātrums. Tāpēc šo griešanas procesu sauc arī par ātrgaitas plazmas griešanu.
Plazmas mākoņi ir praktiski caurspīdīgi cietvielu lāzeriem, tāpēc griešanai ar plazmas palīdzību var izmantot tikai CO2 lāzerus.
bilde
gazifikācijas griešana
Gazifikācijas griešana iztvaiko materiālu, samazinot termisko ietekmi uz apkārtējiem materiāliem. To var panākt, izmantojot nepārtrauktu CO2 lāzerapstrādi, iztvaicējot zemu karstumu, augstas absorbcijas materiālus, piemēram, plānas plastmasas plēves, kā arī nekustošus materiālus, piemēram, koku, papīru, putas utt.
Ultraīsa impulsa lāzeri ļauj izmantot šo metodi citiem materiāliem. Brīvie elektroni metālā absorbē lāzera gaismu un spēcīgi uzkarst. Lāzera impulsi nereaģē ar izkausētajām daļiņām un plazmu, un materiāls sublimējas tieši, nedodot laiku enerģijas pārnešanai siltuma veidā apkārtējiem materiāliem. Pikosekundes impulsi noņem materiālu bez būtiskiem termiskiem efektiem, kušanas un urbumu veidošanās.
bilde
3. attēls Gazifikācijas griešana: lāzers iztvaiko un sadedzina materiālu. Tvaika spiediens liek sārņiem izplūst no griezuma vietas
Parametri: apstrādes procesa regulēšana
Lāzergriešanas procesu ietekmē daudzi parametri, no kuriem daži ir atkarīgi no lāzera un darbgalda tehniskās veiktspējas, bet citi atšķiras.
polarizācijas pakāpe
Polarizācijas pakāpe norāda, cik procentu lāzera gaismas tiek pārveidots. Tipiska polarizācijas pakāpe ir aptuveni 90 procenti. Tas ir vairāk nekā pietiekami augstas kvalitātes griezumam.
fokusa diametrs
Fokusa diametrs ietekmē izgriezuma platumu, un fokusa diametru var mainīt, mainot fokusēšanas spoguļa fokusa attālumu. Mazāks fokusa diametrs nozīmē šaurāku griezumu.
fokusa pozīcija
Fokusa pozīcija nosaka stara diametru un jaudas blīvumu uz sagataves virsmas, kā arī iegriezuma formu.
bilde
4. attēls Fokusa pozīcija: sagataves iekšpusē, uz sagataves virsmas un virs sagataves
lāzera jauda
Lāzera jaudai jāatbilst apstrādes veidam, materiāla veidam un biezumam. Jaudai jābūt pietiekami lielai, lai sagataves jaudas blīvums pārsniegtu apstrādes slieksni.
bilde
5. attēls Ar lielāku lāzera jaudu var griezt biezākus materiālus
Darbības režīms
Nepārtraukto režīmu galvenokārt izmanto metāla un plastmasas standarta profilu griešanai no milimetra līdz centimetram. Lai izkausētu perforācijas vai izveidotu precīzas kontūras, tiek izmantoti zemas frekvences impulsu lāzeri.
griešanas ātrums
Lāzera jaudai un griešanas ātrumam ir jāatbilst viens otram. Ja griešanas ātrums ir pārāk liels vai pārāk lēns, palielināsies nelīdzenums un veidojas urbumi.
bilde
6. attēls Griešanas ātrums samazinās, palielinoties loksnes biezumam
Sprauslas diametrs
Sprauslas diametrs nosaka plūsmas ātrumu un gāzes plūsmas formu no sprauslas. Jo biezāks materiāls, jo lielāks ir gāzes strūklas diametrs un attiecīgi sprauslas atveres diametrs.
Gāzes tīrība un barometriskais spiediens
Skābekli un slāpekli bieži izmanto kā griešanas gāzes. Gāzes tīrība un spiediens ietekmē griešanas efektu.
Griežot ar skābekļa degvielu, nepieciešama gāzes tīrība 99,95 procenti. Jo biezāka ir tērauda plāksne, jo zemāks ir izmantotais gāzes spiediens.
Kausēšanas griešanai ar slāpekli nepieciešama gāzes tīrība 99,995 procenti (ideālā gadījumā 99,999 procenti), un lielāks gāzes spiediens ir nepieciešams, lai kausētu grieztu biezākas tērauda plāksnes.
Tehnisko datu lapa
Lāzergriešanas sākumā lietotājiem, izmantojot izmēģinājuma darbību, pašiem bija jāizlemj par apstrādes parametru iestatīšanu. Labi noteikti apstrādes parametri tagad tiek saglabāti griešanas sistēmas vadības blokā. Katram materiāla veidam un biezumam ir atbilstoši dati. Tehnisko datu lapa nodrošina netraucētu lāzergriešanas iekārtu darbību pat tiem, kas nav pazīstami ar šo tehnoloģiju.
Lāzergriešanas kvalitātes novērtēšanas faktori
Ir daudz kritēriju, lai novērtētu lāzera griezuma malas kvalitāti. Ar neapbruņotu aci var spriest par tādiem standartiem kā urbuma forma, depresija un tekstūra; vertikālums, raupjums un griezuma platums utt., jāmēra ar īpašiem instrumentiem. Materiāla nogulsnēšanās, korozija, siltuma ietekmes zona un deformācija arī ir svarīgi faktori lāzergriešanas kvalitātes mērīšanai.
