Lāzergriešana ir progresīva ražošanas tehnoloģija, kas izmanto liela{0}}jaudas-lāzera starus kopā ar CNC aprīkojumu, lai veiktu bezkontakta materiālu apstrādi. Tehnoloģijas pirmsākumi meklējami 1965. gadā, kad dimanta urbšanai tika izmantota pirmā lāzergriešanas iekārta, un Apvienotajā Karalistē 1967. gadā tika izmantota pirmā metālu lāzergriešana ar skābekli. 1970. gados lāzera griešanas tehnoloģija sāka izplatīties aviācijas un kosmosa nozarē, un pēc plašās CO₂izplatīšanas lāzera griešanas tehnoloģija tika plaši izplatīta. tradicionālie plazmas griešanas procesi.
Lāzergriešana kā termiskā griešanas metode izceļas ar izcilu griešanas kvalitāti, augstu efektivitāti un izcilu elastību, kas nodrošina ražošanu, sākot no vienas-vienības pasūtījuma darbiem līdz liela apjoma{1}}ražošanai.
Darbības principi
1.1. Lāzera ģenerēšana un staru kūļa raksturlielumi
Lāzers (gaismas pastiprināšana ar stimulētu starojuma emisiju) rada ļoti koherentu, monohromatisku staru, izmantojot stimulētu emisiju. Lāzera sistēma sastāv no trim pamatkomponentiem: aktīvās vides (cieta, šķidruma vai gāzes), enerģijas avota (sūknēšanas mehānisma) un optiskā rezonatora. Kad aktīvā barotne ir iedarbināta, tā izstaro fotonus; rezonators atstaro šos fotonus uz priekšu un atpakaļ caur vidi, pastiprinot un izlīdzinot gaismas viļņus, lai galu galā radītu augsta-enerģijas-blīvuma lāzera staru.
Lāzera stari atšķiras no parastās gaismas vairākos kritiskos aspektos: augsta intensitāte, ārkārtīgi šaurs frekvenču diapazons (monohromatiskums), asa kolimācija un augsta koherenitāte.
1.2. Fiziskais griešanas mehānisms
Lāzergriešanas process ietver divas vienlaicīgas darbības:
Materiāla sildīšana un fāzes pārveidošana: fokusēts, lielas{0}}jaudas-blīvuma lāzera stars apstaro sagataves virsmu, izraisot apstarotajā reģionā strauju temperatūras paaugstināšanos, ātri kūstot, iztvaicējot, ablējot vai aizdedzinot materiālu.
Kausējuma izmešana: liela -ātruma palīggāze, kas ir koaksiāla ar staru kūli, izpūš izkausēto materiālu no roba, panākot materiāla atdalīšanu. Šī gāzes plūsma vienlaikus aizsargā fokusēšanas optiku no tvaiku un šļakatu piesārņojuma.
1.3. Precizitātes un procesa parametri
Lāzera griešana nodrošina izmēru precizitāti ±0,05 mm, izgriezuma platumu 0,10–0,20 mm un virsmas raupjumu desmitiem mikronu. Galvenie parametri, kas ietekmē griezuma kvalitāti, ir:
Lāzera jauda un jaudas blīvums: nosakiet sasniedzamo materiāla biezumu un griešanas ātrumu
Stara fokusa pozīcija: ietekmē izgriezuma platumu un vertikāli
Palīggāzes veids un spiediens: nosaka kausējuma izmešanas efektivitāti
Sprauslas diametrs: parasti svārstās no 0,8 mm līdz 3 mm, izvēloties, pamatojoties uz materiālu un biezumu
Ir vērts atzīmēt, ka ļoti atstarojošiem materiāliem, piemēram, varš un alumīnijs, ir ārkārtīgi zems absorbcijas līmenis konkrētiem lāzera viļņu garumiem, radot ievērojamas apstrādes problēmas.
Primāro procesu klasifikācijas un tehniskās īpašības
Lāzera griešanas procesus iedala četros galvenajos veidos, pamatojoties uz materiāla noņemšanas mehānismiem:
2.1. Lāzera iztvaicēšanas griešana
Augsta-enerģijas-blīvuma lāzera stars sasilda apstrādājamo priekšmetu, ātri sasniedzot materiāla viršanas temperatūru un izraisot tiešu iztvaikošanu. Liela -ātruma tvaiku izmešana vienlaikus veido robu.
Power density requirement: Typically >10⁸ W/cm²
Piemērojamie materiāli: īpaši plāni metāli un nemetāliski materiāli (papīrs, audums, koks, plastmasa, gumija utt.)
Raksturlielumi: Augsts enerģijas pieprasījums; piemērots lietojumiem, kuros nepieciešams izvairīties no izkusušām atliekām
2.2. Lāzerkausēšanas griešana
Lāzera karsēšana izkausē materiālu, un ne{0}}oksidējoša palīggāze (Ar, He, N₂ utt.) ar augstu spiedienu izspiež izkausēto metālu, veidojot robu.
Energoefektivitāte: nepieciešama tikai 1/10 iztvaikošanas griešanas enerģijas
Piemērojamie materiāli: nerūsējošais tērauds, titāns, alumīnijs un to sakausējumi{0}}materiāli, kas izturīgi pret oksidēšanu vai reaktīviem metāliem
Procesa priekšrocība: rada augstas kvalitātes malas bez oksīdiem{0}}
2.3. Lāzera griešana ar skābekli (liesmas griešana)
Līdzīgi oksiacetilēna griešanai, šajā procesā lāzers tiek izmantots kā priekšsildīšanas siltuma avots un skābeklis kā griešanas gāze. Skābeklis eksotermiski reaģē ar metālu, vienlaikus izpūšot izkusušos oksīdus.
Energoefektivitāte: nepieciešama tikai 1/2 kausēšanas griešanas enerģijas; griešanas ātrums ievērojami pārsniedz gan iztvaikošanas, gan kausēšanas griešanu
Piemērojamie materiāli: oglekļa tērauds, titāna tērauds un termiski{0}}apstrādāti tēraudi-metāli, kas ir jutīgi pret oksidēšanos
Procesa ierobežojumi: plašāka roba, lielāka siltuma-ietekmētā zona, jutīgums pret stūra apdegšanu un salīdzinoši zemāka malu kvalitāte
2.4. Lāzera skribēšana un kontrolēts lūzums
Lāzera skrenēšanā tiek izmantots augsta -enerģijas- blīvuma lāzers, lai skenētu trauslu materiālu virsmu, iztvaicējot seklu rievu termiskās iztvaikošanas rezultātā, kam seko mehānisks spēks, lai salauztu materiālu gar rievu. Kontrolētais lūzums izmanto lāzera rievošanas radīto stāvo termisko gradientu, lai radītu lokālu termisko spriegumu trauslajā materiālā, izraisot atdalīšanu gar rievu.
Piemērojamie materiāli: keramika, pusvadītāji un citi trausli materiāli
Tipiski lāzeri: Q-pārslēgtie lāzeri, CO₂ lāzeri
Lietojumprogrammu domēni un nozares vērtība
Lāzergriešanas tehnoloģija ir caurstrāvojusi vairākas svarīgas rūpniecības nozares:
Automobiļu ražošana: virsbūves rāmji, gaisa spilvenu sastāvdaļas, salona paneļi
Aviācija: dzinēja sastāvdaļas, titāna sakausējuma kanāli, fizelāžas ādas stingrības
Elektronikas ražošana: precīzi mikro-komponenti, shēmas plates, savienotāji
Medicīniskās ierīces: koronārie stenti, ķirurģiskie instrumenti, mikrofluidiskās ierīces
Lokšņu metāla izgatavošana: ir kļuvusi par dominējošo procesu, aizstājot tradicionālās metodes
Secinājums
Kā galvenā ražošanas tehnoloģija lāzergriešana turpina virzīt rūpniecisko pārveidi, izmantojot tās apvienotās priekšrocības – augstu precizitāti, augstu efektivitāti un izcilu elastību. No iztvaikošanas griešanas līdz griešanai ar skābekļa-palīdzības palīdzību un no CO₂ lāzeriem līdz šķiedru lāzeriem, nepārtraukta tehnoloģiskā attīstība ir paplašinājusi lāzergriešanas pielietojuma robežas, nodrošinot augstas-kvalitatīvas un efektīvas apstrādes iespējas plašākā materiālu un biezuma diapazonā.
