Laserudskæring af metaller følger typisk en fyrtrinsproces, som bliver ret fascinerende, når vi bryder den ned. Hele processen starter med en laserresonator, der skaber en kraftfuld stråle, som herefter forstærkes enten gennem CO2-gasblandinger eller særlige fiberkabler. Det, der sker herefter, er ret bemærkelsesværdigt. Superpræcise linser koncentrerer denne stråle ned til noget mindre end en hårstråle, cirka 0,1 mm i diameter. Ved disse intensiteter opnår man en effekttæthed på over 10 millioner watt per kvadratcentimeter, hvilket er tilstrækkeligt til at smelte kulstål inden for en halv millisekund ifølge ny forskning fra Journal of Manufacturing Processes. For at afslutte arbejdet blæser assistangasser som ilt eller nitrogen det smeltede metal væk, hvilket tillader ekstremt smalle snit. Vi taler om snitbredder så små som 0,15 mm selv i 3 mm tykke rustfri stålplader.
Fem kernesystemer arbejder i tandem for at sikre præcision og effektivitet:
Denne integration gør det muligt at skære med hastigheder op til 60 m/minut i 1 mm blød stål, mens tolerancer på ±0,05 mm opretholdes – afgørende for højpræcise automobil- og flykomponenter.
Metalfabrikationsindustrien arbejder i dag hovedsageligt med tre vigtigste laserteknologier: CO2-, fiber- og krystalbaserede systemer. CO2-lasere er ret gode til at bearbejde tykkere ikke-jernholdige metaller, fordi de bruger gas til excitation. Fiberlasere har overtaget meget af markedet for arbejde med tynd til medium pladetmetal, da de forstærker diodelys gennem de optiske fibre. Ifølge de seneste tal fra Industrial Laser Report 2024 kan fiberlasere skære igennem 3 mm rustfrit stål med en hastighed, der er cirka to til tre gange højere end traditionelle CO2-systemer. Krystallasere, herunder Nd:YAG-modeller, befinder sig fast i meget specifikke nicher som f.eks. skæring af titan, men disse systemer oplever ikke meget vækst længere, primært fordi de kræver så meget vedligeholdelse og service.
Fiberlasere har klare fordele:
| Ydelsesmål | Fiber laser | CO2-laser |
|---|---|---|
| Skærehastighed (1 mm stål) | 25 m/min | 8 m/min |
| Energipris/Måned* | 1.200 $ | $3.500 |
| Assistet gasforbrug | 15 % lavere | Standard |
*Baseret på 500 kW system, 24/5 drift
For producenter, der bearbejder metaller under 20 mm, giver fiberlasere en tilbagebetaling på 18–24 måneder gennem reducerede forbrugsvarer og 94 % driftstid (Metalworking Economics Study 2024). Mens CO2-systemer stadig er velegnede til blandetmateriale-virksomheder, der arbejder med akryl eller træ, forbruger de 50–70 % mere energi per metaludskæring.
Laserudskæring virker bedst med metaller, der leder varme jævnt og absorberer laserenergi med forudsigelige hastigheder. Materialer som rustfrit stål, aluminium, blød stål, messing og kobber hører til i denne kategori. Rustfrit stål skiller sig ud, fordi det ikke er modtageligt for korrosion, hvilket er grunden til, at vi ser det ofte i medicinsk udstyr og fødevarebehandlingsmaskiner, hvor renhed er afgørende. Aluminums letvægt har gjort det til et populært materiale til fly og biler, hvor hvert eneste gram tæller og kan give reelle ydelsesforbedringer. Messing og kobber bliver ikke så ofte skåret med laser, men de spiller alligevel vigtige roller i elektriske systemer, trods de udfordringer de medfører. Disse metaller har tendens til at reflektere laserstrålen, så operatører har brug for særlig udstyr og teknikker for at opnå rene snit uden at skade omkringliggende områder.
| Metaltype | Typisk tykkelseomfang | Nøgleområder for anvendelse |
|---|---|---|
| Rustfrit stål | 0,5–25 mm | Medicinsk udstyr, fødevarebehandlingsudstyr |
| Aluminium | 0,5–20 mm | Automobilpaneler, kølelegemer |
| Kopper | 0,5–8 mm | Printed circuit boards, varmevekslere |
Når man arbejder med kobber og messingmaterialer, opstår der et stort problem, fordi de reflekterer mere end 90 procent af infrarød laserenergi. Denne refleksion kan faktisk skade laseren selv, hvis den ikke håndteres korrekt. Det er her fiberlasere spiller ind. De fungerer bedre i dette tilfælde, da de arbejder ved en kortere bølgelængde omkring 1.060 nanometer og har noget, der hedder adaptiv effektmodulation, som hjælper med at regulere forholdene. Tag skæring af 2 mm tykke kobberplader som eksempel. Processen kræver pulsfrekvenser højere end 500 Hz samt tilførsel af nitrogen-gas for at forhindre oxidation under skæringen. Selvom alle disse ekstra trin betyder et energiforbrug, der er cirka 15 til 20 procent højere end ved skæring af stål, finder de fleste producenter det værd at ofre nøjagtigheden og beskytte deres dyrebare udstyr.
Tykkelsen af det materiale, der arbejdes med, har en stor indvirkning på, hvor hurtigt vi kan skære det, og hvor meget energi der forbruges i processen. For eksempel fungerer det godt med hastigheder omkring 8 meter per minut, når man arbejder med 5 mm blød stål. Men når man støder på tykkere stål på 20 mm, er det nødvendigt for operatørerne at sætte farten markant ned til cirka 1,2 m/min, udelukkende for at undgå de irriterende kantrumninger. Det som mange dog overser, er forberedelsen af overfladen. Rustpletter eller ujævne belægninger kan faktisk presse laserstrålen af sporet med op til et halvt millimeter, hvilket fører til alle slags dimensionelle problemer senere. At rense disse overflader før starten gør en kæmpe forskel. Branchestatistikker viser, at denne enkle handling forbedrer skærejævnheden med cirka 30 procent, mens den også reducerer den irriterende slaggdannelse, som komplicerer efterbehandlingen.
Fiberlasere kan skære materialer med en hastighed, der er cirka tre gange højere end hvad traditionelle CO2-systemer kan levere, og samtidig holde tolerancer inden for ca. 0,1 mm på svære materialer som rustfrit stål og aluminiumsplader. Den solid-state konstruktion i disse lasere betyder, at de bruger ca. 30 procent mindre energi. Denne effektivitet giver renere skær, hvor materialet smelter væk i stedet for at blive brændt, og der påvirkes samtidig meget mindre varme på omkringliggende områder. Ud fra rigtige tal fra fabrikker over hele landet angiver virksomheder, at de sparer mellem 18 og 22 øre per komponent fremstillet af metaller, der er tyndere end 25 mm. Det er ikke underligt, at så mange pladebehandlende virksomheder skifter til fiberlaserteknologi til deres masseproduktion disse år.
Et stort navn inden for automotivedele reducerede produktionstiden for chassisdeler med næsten halvdelen, da de skiftede til 6 kW fiberlasere til arbejde med 2 til 8 mm kulfiberstålplader. Det virkelig imponerende er, hvordan disse nye systemer næsten helt fik elimineret behovet for ekstra afgratningsarbejde, da de producerer rene snit uden nogen tilbygning af smeltet materiale. Overfladens finish ligger omkring Ra 3,2 mikron, hvilket er ret glat. For producenter, der forsøger at holde trit med stramme tidsplaner, betyder denne slags præcision en verden til forskel, især når bilproducenterne presser hårdere for at opfylde de krævende specifikationer for elbiler, hvor hvert gram tæller og tolerancerne er ekstremt små.
Mere og mere luftfartsvirksomheder er begyndt at anvende fiberlasere, når de arbejder med strukturelle dele i aluminium som f.eks. vingeribber og sektioner af skroge fremstillet af 7075-T6-legering. Hvorfor? Fordi disse lasere arbejder ved en bølgelængde på ca. 1.070 nm, hvilket hjælper med at reducere problemer med materialets refleksivitet. Det betyder, at de kan skære igennem plader med en tykkelse på 10 mm kontinuerligt med hastigheder på ca. 15 meter per minut og samtidig holde tykkelsesvariationer under 0,5 %. Ud fra de seneste tendenser indeholder næsten 9 ud af 10 nye flydesign faktisk en form for laserstanskede aluminiumskomponenter. Som et resultat er det blevet næsten uundværligt for producenter at have adgang til gode fibersystemer, hvis de ønsker at leve op til de strenge krav i AS9100, som er standard i luftfartsindustrien.
Nitrogen fungerer som en inaktiv hjælpegas ved tryk mellem 12 og 20 bar for at opretholde materialets modstandsevne mod korrosion. Når dette sker, forhindres oxidation, og rene kanter dannes, hvilket gør disse dele ideelle til ting som medicinsk udstyr eller komponenter, der bruges i fødevareindustrien. Tag for eksempel 304 rustfrit stål med en tykkelse på 6 mm. Med en 2 kW fiberlaser, der kører cirka 10 til 12 meter per minut, ser vi typisk en varmepåvirket zone, der ikke overstiger 0,1 mm. Ifølge en nylig undersøgelse offentliggjort i Metal Fabrication Report 2024 kan skift fra oxygenbaserede metoder til nitrogenhjælp reducere de ekstra afslutningsomkostninger med cirka en tredjedel. Nogle vigtige parametre, der er værd at notere, er:
Aluminiums høje reflektivitet (85–92 % ved en bølgelængde på 1 µm) kræver anvendelse af pulserede laserformer for at forhindre afbøjning af strålen. En 4 kW fiberlaser skærer 8 mm 6061-T6 aluminium med en hastighed på 15 m/min ved anvendelse af komprimeret luft ved 6–8 bar. For at håndtere den termiske ledningsevne:
Denne tilgang sikrer en nøjagtighed på ±0,05 mm, hvilket er ideelt til præcisionskomponenter som automobilbatteribakker.
Skæring med iltunderstøttelse er standard for kulstål over 3 mm, hvor den eksotermiske reaktion øger skærehastigheden med op til 40 %. Ved 10 mm S355JR stål og 3 kW opnås hastigheder på 8–10 m/min. Dog kan overdreven oxidation danne slagger på undersiden. Effektiv modvirkning inkluderer:
For strukturelle komponenter såsom I-profiler, hjælper hybride metoder, der kombinerer iltskæring med kvælstofafslutning, med at opfylde ISO 9013-standarder for dimensionel nøjagtighed og kantkvalitet.
Laserudskæring er en præcisionsproces, hvor en kraftig laserstråle bruges til at smelte, brænde eller fordampe materiale til skæring.
Fiberlasere tilbyder højere præcision, bedre energieffektivitet og lavere vedligeholdelsesomkostninger sammenlignet med CO2-lasere.
Metaller såsom rustfrit stål, aluminium, blødt stål, messing og kobber er egnet til laserudskæring på grund af deres varmeledningsevne og evne til at absorbere laserenergi.
Materialetykkelsen påvirker skærehastigheden og effektforbruget. Tykkere materialer kræver ofte langsommere skærehastigheder for at forhindre kantforvrængning.
Hot News
EN
