Laserom se rezanje metala obično sastoji od četverostepenog procesa koji postaje prilično zanimljiv kada ga razložimo. Cijela stvar počinje laser rezonatorom koji stvara snažnu zraku koja se potom pojačava kroz smjese CO2 plina ili posebne optičke kabele. Ono što se događa nakon toga je prilično izvanredno. Nadprecizne leće uspostavljaju ovu zraku na nešto manje od debljine ljudske kose, otprilike 0,1 mm u promjeru. Kod takvih intenziteta gustoća snage doseže više od 10 milijuna vata po kvadratnom centimetru, što je dovoljno da otopi čelik s ugljikom unutar pola milisekunde, prema nedavnoj studiji objavljenoj u časopisu Journal of Manufacturing Processes. Kako bi posao bio dovršen, pomoćni plinovi poput kisika ili dušika odguraju otopljeni metal, omogućavajući izuzetno uske reze. Govorimo o širinama reza čak i do 0,15 mm čak i na limovima nehrđajućeg čelika debljine 3 mm.
Pet jezgrenih sustava radi u skladu kako bi osiguralo preciznost i učinkovitost:
Ova integracija omogućuje brzine rezanja do 60 m/minuti na 1 mm mekog čelika uz održavanje tolerancija od ±0,05 mm – ključno za komponente visoke preciznosti u automobilskoj i zrakoplovnoj industriji.
Danas industrija obrade metala uglavnom koristi tri glavne laserske tehnologije: CO2, zasnovane na vlaknima i kristalnim sustavima. CO2 laseri prilično dobro mogu obrađivati deblje nehrđajuće metale jer koriste plin za pobudu. Fiberski laseri preuzeli su veliki dio tržišta za obradu tankih i srednje debelih limova jer pojačavaju diodno svjetlo kroz optička vlakna. Prema najnovijim brojkama iz Izvješća industrijskog lasera iz 2024. godine, fiberski laseri mogu rezati nehrđajući čelik debljine 3 mm otprilike dvaput do triput brže u usporedbi s tradicionalnim CO2 sustavima. Kristalni laseri, uključujući Nd:YAG modele, nalaze se u vrlo specifičnim nišama, poput rezanja titanija, iako ovi sustavi više ne bilježe značajan rast, uglavnom zbog zahtjeva za čestim održavanjem.
Fiberski laseri nude izražite prednosti:
| Mjerni parametar | Vlaknasti laser | CO2 laser |
|---|---|---|
| Brzina rezanja (1 mm čelik) | 25 m/min | 8 m/min |
| Trošak energije/mjesec* | $1,200 | $3.500 |
| Potrosnja pomoćnog plina | 15% niža | Standard |
*Temelji se na sustavu od 500 kW, 24/5 radnih sati
Za proizvođače koji obrađuju metale debljine ispod 20 mm, laserski sustavi s vlaknima postižu povrat ulaganja unutar 18–24 mjeseca zahvaljujući smanjenim potrošnim materijalima i 94% dostupnosti (Studija o ekonomiji obrade metala 2024.). Dok sustavi s CO2 još uvijek imaju svoje mjesto u radionicama koje rade s različitim materijalima, poput akrilika ili drva, oni troše 50–70% više energije po rezanju metala.
Laserom se najbolje reže metali koji vode toplinu na ujednačen način i upijaju lasersku energiju predvidivom brzinom. U tu kategoriju spadaju materijali poput nehrđajućeg čelika, aluminija, mekog čelika, mesinga i bakra. Nehrđajući čelik ističe se jer se ne korodira lako, zbog čega se često koristi u medicinskoj opremi i strojevima za preradu hrane gdje je važna higijena. Aluminij je lagana težina, pa je postao materijal izbora za zrakoplove i automobile, jer svaka ušteda u težini daje stvarne performanse. Mesing i bakar nisu tako često predmet laserske obrade, ali imaju važnu ulogu u električnim sustavima, unatoč poteškoćama koje stvaraju. Ovi metali imaju tendenciju reflektiranja laserskog zraka, pa operateri moraju koristiti posebnu opremu i tehnike kako bi postigli čiste reze bez oštećenja okolnih dijelova.
| Vrsta metala | Tipičan opseg debljine | Ključne područja primjene |
|---|---|---|
| Nehrđajući čelik | 0,5–25 mm | Medicinska oprema, strojevi za preradu hrane |
| Aluminij | 0,5–20 mm | Automobilski paneli, hladnjaci |
| Bakar | 0,5–8 mm | Tiskane ploče, izmjenjivači topline |
Kada se radi s materijalima poput bakra i mesinga, javlja se veliki problem jer oni reflektiraju više od 90 posto energije infracrvenog lasera. Ova refleksija može zapravo oštetiti laser ako se ne upravlja pravilno. Upravo tada laserska vlakna dolaze do izražaja. Ona djeluju bolje u ovom slučaju jer rade na kraćoj valnoj duljini od oko 1.060 nanometara i imaju nešto što se zove adaptivna modulacija snage, što pomaže u kontroli procesa. Uzmimo primjer rezanja ploča od bakra debljine 2 mm. Proces zahtijeva učestalost impulsa veću od 500 Hz, uz pomoć dušičnog plina kako bi se spriječilo oksidiranje tijekom rezanja. Iako ove dodatne mjere znače potrošnju otprilike 15 do 20 posto više energije u usporedbi s rezanjem čelika, većina proizvođača smatra da je to vrijedno ulaganje kako bi se održala točnost i zaštitila skupa oprema.
Debljina materijala na kojem se radi ima veliki utjecaj na brzinu rezanja i potrošnju energije tijekom procesa. Na primjer, kod rada s mekim čelikom debljine 5 mm, dobre rezultate postižemo brzinom od oko 8 metara u minuti. Međutim, kada je u pitanju deblji čelik, poput onog debljine 20 mm, operateri moraju znatno smanjiti brzinu, svega na oko 1,2 m/min, kako bi se izbjeglo nepoželjno izobličenje rubova. Ono što mnogi zanemaruju je priprema površine. Prisutnost hrđe ili nejednolike prevlake može zapravo otkloniti laserski snop za čak pola milimetra, što kasnije dovodi do raznih dimenzijskih problema. Čišćenje prevučenih površina prije početka rada čini veliku razliku. Pokazatelji iz industrije pokazuju da ovaj jednostavan korak poboljšava dosljednost rezanja za otprilike 30 posto, a također smanjuje nepoželjno stvaranje troske koja otežava naknadnu obradu.
Fiberni laseri mogu rezati materijale brzinama koje su otprilike tri puta veće u odnosu na tradicionalne CO2 sustave, uz održavanje tolerancija unutar 0,1 mm na zahtjevnim materijalima poput nehrđajućih čelika i aluminijumskih limova. Konstrukcija u čvrstom stanju iza ovih lasera znači da oni rade otprilike 30 posto učinkovitije kada je u pitanju potrošnja energije. Ta učinkovitost rezultira čistijim rezovima gdje materijal praktički topi, umjesto da se izgara, a također postoji znatno manje topline koja utječe na okolne dijelove. Gledajući stvarne brojke s proizvodnih tlova širom zemlje, tvrtke prijavljuju uštede između 18 i 22 centa po komadu izrađenom od metala debljine manje od 25 mm. Nije čudo zašto sve više radionica limarije prelazi na fibernu lasersku tehnologiju za svoje potrebe masovne proizvodnje u današnje vrijeme.
Jedno veliko ime u proizvodnji automobilskih dijelova smanjilo je vrijeme proizvodnje komponenata okvira skoro za pola kada je prešlo na vlaknaste lasere snage 6 kW za rad s limovima od 2 do 8 mm od ugljičnog čelika. Zaista izuzetno je kako su novi sustavi u osnovi uklonili potrebu za dodatnim radovima uklanjanja oštrice jer proizvode čisto rezanje bez nakupljanja mulja. Kvaliteta površine iznosi otprilike Ra 3,2 mikrona, što je vrlo glatko. Za proizvođače koji se trude da izađu u susret strogim rokovima, ovakva preciznost čini veliku razliku, pogotovo s obzirom na povećani pritisak proizvođača automobila da zadovolje zahtjevne specifikacije električnih vozila gdje svaki gram ima važnosti, a tolerancije su vrlo male.
Sve više i više tvrtki u zrakoplovnoj industriji počelo je prihvatiti laserske sustave s vlaknima pri radu s aluminijevim konstrukcijskim dijelovima poput onih koji se koriste za rebra krila i dijelove trupa izrađene od slitine 7075-T6. Razlog? Ovakvi laseri rade na valnoj duljini od oko 1.070 nm, što pomaže u smanjenju problema s refleksijom materijala. To znači da mogu dosljedno rezati ploče debljine 10 mm brzinama od oko 15 metara u minuti, uz odstupanja u debljini manja od 0,5%. Gledajući najnovije trendove, skoro svaki novi zrakoplovni dizajn danas uključuje neku vrstu aluminijevog komponenta izrezanog laserom. Kao rezultat, pristup dobrom laserskom sustavu s vlaknima postao je gotovo nužan ako proizvođači žele zadovoljiti stroge zahtjeve kvalitete prema normi AS9100 koje su standard u zrakoplovnoj industriji.
Dušik služi kao inertni pomoćni plin pri tlacima između 12 i 20 bara kako bi se očuvala otpornost materijala na koroziju. Kada se to dogodi, oksidacija se spriječava i formiraju se čisti rubovi, što čini ove dijelove idealnima za stvari poput medicinskih uređaja ili komponenti koje se koriste u prehrambenoj industriji. Uzmimo primjer nehrđajući čelik razreda 304 debljine 6 mm. S vlaknastim laserom snage 2 kW koji radi brzinom između 10 i 12 metara u minuti, obično vidimo zonu termičkog utjecaja koja ne prelazi 0,1 mm. Prema nedavnoj studiji objavljenoj u Izvješću o metalnoj obradi 2024, prelazak s metoda zasnovanih na kisiku na pomoć dušika može smanjiti dodatne troškove dorade otprilike za jednu trećinu. Nekoliko važnih parametara koje treba napomenuti su:
Aluminijeva visoka refleksija (85–92% pri valnoj duljini od 1 µm) zahtijeva pulsni laserski režim kako bi se spriječilo skretanje zrake. Vlaknasti laser snage 4 kW reže aluminij 6061-T6 debljine 8 mm brzinom od 15 m/min koristeći stlačeni zrak na tlaku od 6–8 bara. Kako bi se upravljalo toplinskom vodljivošću:
Ovaj pristup osigurava točnost od ±0,05 mm, što je idealno za precizne komponente poput ladica za automobilske baterije.
Rezanje uz pomoć kisika standardna je metoda za čelik s višim udjelom ugljika deblji od 3 mm, gdje egzotermna reakcija povećava brzinu rezanja čak do 40%. Za čelik S355JR debljine 10 mm na snazi od 3 kW brzine dosegnu 8–10 m/min. Međutim, prekomjerna oksidacija može izazvati nastajanje šljake na donjoj strani. Učinkovite metode ublažavanja uključuju:
Za strukturne komponente poput I-greda, hibridne metode koje kombiniraju rezanje kisikom s dušičnim završnim prolazima pomažu u ispunjavanju ISO 9013 standarda za dimenzionalnu točnost i kvalitetu ruba.
Rezanje laserom je precizan proces kod kojeg se snažni laserski snop koristi za topljenje, izgaranje ili isparivanje materijala radi rezanja.
Vlaknasti laseri nude veću preciznost, bolju energetsku učinkovitost i niže troškove održavanja u usporedbi s CO2 laserima.
Metali poput nehrđajućeg čelika, aluminija, mekog čelika, mesinga i bakra prikladni su za rezanje laserom zbog svoje toplinske vodljivosti i sposobnosti apsorpcije laserske energije.
Debljina materijala utječe na brzinu rezanja i potrošnju energije. Deblji materijali često zahtijevaju sporiju brzinu rezanja kako bi se spriječila deformacija rubova.
EN
Hot News
