Laseria käytettiin ensin leikkaamiseen 1970-luvulla. Nykyaikaisessa teollisessa tuotantolinjassa laserleikkausta käytetään laajemmin metallilevyjen, muovien, lasin, keramiikan, puolijohteiden, tekstiilien, puun ja paperin sekä muiden materiaalien käsittelyssä.
Lähivuosina myös laserleikkauksen soveltaminen tarkkuuskoneistuksen ja mikrotyöstön alalla saavuttaa huomattavaa kasvua.
Laserleikkaus
Kun kohdennettu lasersäde osuu työkappaleeseen, säteilytetyn alueen lämpötila nousee jyrkästi sulamaan tai höyrystämään materiaalia. Kun lasersäde tunkeutuu työkappaleeseen, leikkausprosessi alkaa: lasersäde liikkuu ääriviivaa pitkin samalla kun materiaali sulaa. Yleensä ilmansuihkua käytetään sulan puhaltamiseen pois viillosta, jolloin leikatun osan ja levykehyksen väliin jää kapea rako, joka on melkein yhtä leveä kuin kohdennetun lasersäteen.
Liekin leikkaus
Liekkileikkaus on vakiomenetelmä, jota käytetään leikattaessa mietoa terästä, käyttäen leikkauskaasuna happea. Happi paineistetaan 6 baariin asti ja sitten puhalletaan viilloon. Siellä lämmitetty metalli reagoi hapen kanssa: se alkaa palaa ja hapettua. Kemiallinen reaktio vapauttaa suuren määrän energiaa (jopa viisi kertaa laserenergiaa) auttaakseen lasersädettä leikkauksessa.
Fuusioleikkaus
Sulatyöstö on toinen tavallinen menetelmä metallin leikkauksessa. Sitä voidaan käyttää myös muiden sulavien materiaalien, kuten keramiikan, leikkaamiseen.
Typpeä tai argonia käytetään leikkauskaasuna, ja viilun läpi puhalletaan 2 - 20 baarin paineista kaasua. Argoni ja typpi ovat inerttejä kaasuja, mikä tarkoittaa, että ne eivät reagoi viillossa olevan sulan metallin kanssa, vaan puhaltavat ne vain pohjaan. Samalla inertti kaasu voi suojata leikkaavaa reunaa ilman hapettumiselta.
Paineilman leikkaus
Paineilmaa voidaan käyttää myös ohuiden levyjen leikkaamiseen. Ilmanpaine 5-6 baariin riittää puhaltamaan sulan metallin viilloon. Koska lähes 80% ilmasta on typpeä, on paineilmaleikkaus periaatteessa fuusioleikkaus.
Plasma-avusteinen leikkaus
Jos parametrit valitaan oikein, plasmapilvet ilmestyvät plasman avulla tapahtuvaan sulamiseen ja leikkaamiseen. Plasman pilvi koostuu ionisoidusta metallihöyrystä ja ionisoidusta leikkauskaasusta. Plasman pilvi absorboi CO2-laserin energian ja muuntaa sen työkappaleeksi siten, että enemmän energiaa kytketään työkappaleeseen, ja materiaali sulaa nopeammin, mikä johtaa nopeammin leikkaamiseen. Siksi tätä leikkausprosessia kutsutaan myös nopeaksi plasmaleikkaukseksi.
Plasman pilvi on itse asiassa läpinäkyvä kiinteälle laserille, joten plasman avulla tapahtuvassa sulatuksessa ja leikkauksessa voidaan käyttää vain CO2-laseria.
Höyrystysleikkaus
Höyrystysleikkaus haihduttaa materiaalin, minimoiden lämpövaikutuksen ympäröiviin materiaaleihin mahdollisimman paljon. Yllä oleva vaikutus voidaan saavuttaa käyttämällä jatkuvaa CO2-laserkäsittelyä höyrystämään matalalla lämmöllä ja suurella imeytymisellä varustetut materiaalit, kuten ohuet muovikalvot ja sulavat materiaalit, kuten puu, paperi ja vaahto.
Erittäin lyhyet pulssilaserit mahdollistavat tämän tekniikan soveltamisen muihin materiaaleihin. Metallissa olevat vapaat elektronit absorboivat laseria ja kuumenevat voimakkaasti. Lasersyke ei reagoi sulan hiukkasten ja plasman kanssa, materiaali sublimoituu suoraan, eikä ole aikaa siirtää energiaa ympäröiviin materiaaleihin lämmön muodossa. Kun pikosekunnin pulssi poistaa materiaalin, ei ole ilmeistä lämpövaikutusta, ei sulamista ja purseiden muodostumista.
Parametrit: säädä käsittelyprosessia
Monet parametrit vaikuttavat laserleikkausprosessiin, jotkut riippuvat laserin ja työstökoneen teknisestä suorituskyvystä, kun taas toiset ovat vaihtelevia.
Polarisaation aste
Polarisaatioaste osoittaa, kuinka suuri prosenttiosuus laservalosta muunnetaan. Tyypillinen polarisaatioaste on yleensä noin 90%. Tämä riittää korkealaatuiseen leikkaamiseen.
Tarkennuksen halkaisija
Polttovälin halkaisija vaikuttaa viillon leveydelle, ja polttovälin halkaisijaa voidaan muuttaa muuttamalla tarkennuslinssin polttoväliä. Pienempi polttovälin halkaisija tarkoittaa kapeampi viilto.
Tarkennuksen sijainti
Polttopiste määrittää palkin halkaisijan ja tehotiheyden työkappaleen pinnalla ja viillon muodon.
Laservoima
Lasertehon tulee vastata käsittelytyyppiä, materiaalityyppiä ja paksuutta. Tehon on oltava riittävän korkea, jotta työkappaleen tehotiheys ylittää prosessointikynnyksen.
Käyttötila
Jatkuvaa tilaa käytetään pääasiassa metallien ja muovien tavallisten muotojen leikkaamiseen millimetreistä senttimetreihin. Rei'ityksen sulattamiseksi tai tarkan ääriviivan tuottamiseksi käytetään matalataajuista pulssilaseria.
Leikkausnopeus
Lasertehon ja leikkausnopeuden on oltava yhteensopivia. Liian nopea tai liian hidas leikkausnopeus lisää karheutta ja purseiden muodostumista.
Suuttimen halkaisija
Suuttimen halkaisija määrää suuttimesta virtaavan kaasun virtauksen ja muodon. Mitä paksumpi materiaali, sitä suurempi on kaasusuihkun halkaisija ja vastaavasti sitä suurempi on suuttimen halkaisija.
Kaasun puhtaus ja paine
Happea ja typpeä käytetään usein leikkauskaasuina. Puhtaus ja ilmanpaine vaikuttavat leikkausvaikutukseen.
Happiliekkileikkausta käytettäessä kaasun puhtauden on oltava 99,95%. Mitä paksumpi teräslevy, sitä alhaisempi käytetty kaasupaine.
Kun typpeä käytetään sulattamiseen ja leikkaamiseen, kaasun puhtauden on oltava 99,995% (mieluiten 99,999%), ja paksua teräslevyjen sulattamiseen ja leikkaamiseen tarvitaan korkeampi ilmanpaine.
Tekniset tiedot
Laserleikkauksen alkuvaiheessa käyttäjien on itse päätettävä käsittelyparametrien asettaminen koekäytön avulla. Nyt leikkausjärjestelmän ohjauslaitteeseen tallennetaan kypsät prosessointiparametrit. Jokaisesta materiaalityypistä ja paksuudesta on vastaavat tiedot. Teknisten parametrien taulukon avulla jopa ne, jotka eivät tunne tätä tekniikkaa, voivat käyttää laserleikkauslaitteita sujuvasti.
Laserleikkauksen laadun arviointitekijät
Laserleikattujen reunojen laadun arvioimiseksi on monia kriteerejä. Standardit, kuten purun muoto, masennus ja vilja, voidaan arvioida paljaalla silmällä; pystysuora, karheus ja leikkausleveys on mitattava erityisillä instrumenteilla. Materiaalin laskeuma, korroosio, lämpöalue ja muodonmuutos ovat myös tärkeitä tekijöitä laserleikkauksen laadun mittaamisessa.
Laajat näkymät
Laserleikkauksen jatkuva menestys ylittää useimmat muut yritykset. Tämä suuntaus jatkuu tänään. Tulevaisuudessa laserleikkauksen sovellusmahdollisuudet laajenevat.
Laserleikkaus
Kun kohdennettu lasersäde osuu työkappaleeseen, säteilytetyn alueen lämpötila nousee jyrkästi sulamaan tai höyrystämään materiaalia. Kun lasersäde tunkeutuu työkappaleeseen, leikkausprosessi alkaa: lasersäde liikkuu ääriviivaa pitkin samalla kun materiaali sulaa. Yleensä ilmansuihkua käytetään sulan puhaltamiseen pois viillosta, jolloin leikatun osan ja levykehyksen väliin jää kapea rako, joka on melkein yhtä leveä kuin kohdennetun lasersäteen.
Liekin leikkaus
Liekkileikkaus on vakiomenetelmä, jota käytetään leikattaessa mietoa terästä, käyttäen leikkauskaasuna happea. Happi paineistetaan 6 baariin asti ja sitten puhalletaan viilloon. Siellä lämmitetty metalli reagoi hapen kanssa: se alkaa palaa ja hapettua. Kemiallinen reaktio vapauttaa suuren määrän energiaa (jopa viisi kertaa laserenergiaa) auttaakseen lasersädettä leikkauksessa.
Fuusioleikkaus
Sulatyöstö on toinen tavallinen menetelmä metallin leikkauksessa. Sitä voidaan käyttää myös muiden sulavien materiaalien, kuten keramiikan, leikkaamiseen.
Typpeä tai argonia käytetään leikkauskaasuna, ja viilun läpi puhalletaan 2 - 20 baarin paineista kaasua. Argoni ja typpi ovat inerttejä kaasuja, mikä tarkoittaa, että ne eivät reagoi viillossa olevan sulan metallin kanssa, vaan puhaltavat ne vain pohjaan. Samalla inertti kaasu voi suojata leikkaavaa reunaa ilman hapettumiselta.
Paineilman leikkaus
Paineilmaa voidaan käyttää myös ohuiden levyjen leikkaamiseen. Ilmanpaine 5-6 baariin riittää puhaltamaan sulan metallin viilloon. Koska lähes 80% ilmasta on typpeä, on paineilmaleikkaus periaatteessa fuusioleikkaus.
Plasma-avusteinen leikkaus
Jos parametrit valitaan oikein, plasmapilvet ilmestyvät plasman avulla tapahtuvaan sulamiseen ja leikkaamiseen. Plasman pilvi koostuu ionisoidusta metallihöyrystä ja ionisoidusta leikkauskaasusta. Plasman pilvi absorboi CO2-laserin energian ja muuntaa sen työkappaleeksi siten, että enemmän energiaa kytketään työkappaleeseen, ja materiaali sulaa nopeammin, mikä johtaa nopeammin leikkaamiseen. Siksi tätä leikkausprosessia kutsutaan myös nopeaksi plasmaleikkaukseksi.
Plasman pilvi on itse asiassa läpinäkyvä kiinteälle laserille, joten plasman avulla tapahtuvassa sulatuksessa ja leikkauksessa voidaan käyttää vain CO2-laseria.
Höyrystysleikkaus
Höyrystysleikkaus haihduttaa materiaalin, minimoiden lämpövaikutuksen ympäröiviin materiaaleihin mahdollisimman paljon. Yllä oleva vaikutus voidaan saavuttaa käyttämällä jatkuvaa CO2-laserkäsittelyä höyrystämään matalalla lämmöllä ja suurella imeytymisellä varustetut materiaalit, kuten ohuet muovikalvot ja sulavat materiaalit, kuten puu, paperi ja vaahto.
Erittäin lyhyet pulssilaserit mahdollistavat tämän tekniikan soveltamisen muihin materiaaleihin. Metallissa olevat vapaat elektronit absorboivat laseria ja kuumenevat voimakkaasti. Lasersyke ei reagoi sulan hiukkasten ja plasman kanssa, materiaali sublimoituu suoraan, eikä ole aikaa siirtää energiaa ympäröiviin materiaaleihin lämmön muodossa. Kun pikosekunnin pulssi poistaa materiaalin, ei ole ilmeistä lämpövaikutusta, ei sulamista ja purseiden muodostumista.
Parametrit: säädä käsittelyprosessia
Monet parametrit vaikuttavat laserleikkausprosessiin, jotkut riippuvat laserin ja työstökoneen teknisestä suorituskyvystä, kun taas toiset ovat vaihtelevia.
Polarisaation aste
Polarisaatioaste osoittaa, kuinka suuri prosenttiosuus laservalosta muunnetaan. Tyypillinen polarisaatioaste on yleensä noin 90%. Tämä riittää korkealaatuiseen leikkaamiseen.
Tarkennuksen halkaisija
Polttovälin halkaisija vaikuttaa viillon leveydelle, ja polttovälin halkaisijaa voidaan muuttaa muuttamalla tarkennuslinssin polttoväliä. Pienempi polttovälin halkaisija tarkoittaa kapeampi viilto.
Tarkennuksen sijainti
Polttopiste määrittää palkin halkaisijan ja tehotiheyden työkappaleen pinnalla ja viillon muodon.
Laservoima
Lasertehon tulee vastata käsittelytyyppiä, materiaalityyppiä ja paksuutta. Tehon on oltava riittävän korkea, jotta työkappaleen tehotiheys ylittää prosessointikynnyksen.
Käyttötila
Jatkuvaa tilaa käytetään pääasiassa metallien ja muovien tavallisten muotojen leikkaamiseen millimetreistä senttimetreihin. Rei'ityksen sulattamiseksi tai tarkan ääriviivan tuottamiseksi käytetään matalataajuista pulssilaseria.
Leikkausnopeus
Lasertehon ja leikkausnopeuden on oltava yhteensopivia. Liian nopea tai liian hidas leikkausnopeus lisää karheutta ja purseiden muodostumista.
Suuttimen halkaisija
Suuttimen halkaisija määrää suuttimesta virtaavan kaasun virtauksen ja muodon. Mitä paksumpi materiaali, sitä suurempi on kaasusuihkun halkaisija ja vastaavasti sitä suurempi on suuttimen halkaisija.
Kaasun puhtaus ja paine
Happea ja typpeä käytetään usein leikkauskaasuina. Puhtaus ja ilmanpaine vaikuttavat leikkausvaikutukseen.
Happiliekkileikkausta käytettäessä kaasun puhtauden on oltava 99,95%. Mitä paksumpi teräslevy, sitä alhaisempi käytetty kaasupaine.
Kun typpeä käytetään sulattamiseen ja leikkaamiseen, kaasun puhtauden on oltava 99,995% (mieluiten 99,999%), ja paksua teräslevyjen sulattamiseen ja leikkaamiseen tarvitaan korkeampi ilmanpaine.
Tekniset tiedot
Laserleikkauksen alkuvaiheessa käyttäjien on itse päätettävä käsittelyparametrien asettaminen koekäytön avulla. Nyt leikkausjärjestelmän ohjauslaitteeseen tallennetaan kypsät prosessointiparametrit. Jokaisesta materiaalityypistä ja paksuudesta on vastaavat tiedot. Teknisten parametrien taulukon avulla jopa ne, jotka eivät tunne tätä tekniikkaa, voivat käyttää laserleikkauslaitteita sujuvasti.
Laserleikkauksen laadun arviointitekijät
Laserleikattujen reunojen laadun arvioimiseksi on monia kriteerejä. Standardit, kuten purun muoto, masennus ja vilja, voidaan arvioida paljaalla silmällä; pystysuora, karheus ja leikkausleveys on mitattava erityisillä instrumenteilla. Materiaalin laskeuma, korroosio, lämpöalue ja muodonmuutos ovat myös tärkeitä tekijöitä laserleikkauksen laadun mittaamisessa.
Laajat näkymät
Laserleikkauksen jatkuva menestys ylittää useimmat muut yritykset. Tämä suuntaus jatkuu tänään. Tulevaisuudessa laserleikkauksen sovellusmahdollisuudet laajenevat.
