Ლაზერული მოჭრის პროცესი სტანდარტულად მოიცავს 4 ნაბიჯს, რომელიც საინტერესო ხდება თუ დეტალურად გავაანალიზებთ. პროცესი იწყება ლაზერული რეზონატორის მიერ მძლავრი სხივის გენერირებით, რომელიც შემდეგ აძლიერდება ან CO2 აირის ნარევის საშუალებით ან სპეციალური ბოჭკოვანი ოპტიკური კაბელების გამოყენებით. შემდეგ ხდება საოცარი პროცესი. ზუსტი ლინზები ამ სხივს ერთი თმის გამოშლილ ნაწილამდე აიწრებს, დაახლოებით 0.1 მმ სისქის. ასეთ ინტენსიურობაზე სიმძლავრის სიმკვრივე აღწევს 10 მილიონ ვატს კვადრატულ სანტიმეტრზე, რაც საკმარისია ნახშირბადოვანი ფოლადის დნობისთვის ნახევარ მილიწამში ბოლო კვლევების მიხედვით, რომლებიც გამოქვეყნდა მანქანათმშენებლობის პროცესების ჟურნალში. სამუშაოს დასასრულებლად დამხმარე აირები, როგორიცაა ჟანგბადი ან აზოტი, ამოაბრუსებს გადნობილ ლითონს, რაც საშუალებას იძლევა მივიღოთ ძალიან ვიწრო მოჭრები. ვლინდება, რომ კერფის სიგანე შეიძლება იყოს მხოლოდ 0.15 მმ უკიდურესად 3 მმ სისქის ნაგამის ფოლადის ფურცლებშიც კი.
Ხუთი ძირითადი სისტემა უზრუნველყოფს სიზუსტეს და ეფექტურობას:
Ეს ინტეგრაცია უზრუნველყოფს 1 მმ მსუბუქი ფოლადის გაჭრის სიჩქარეს 60 მ/წმ-მდე, ხოლო სიზუსტე ინარჩუნებს ±0,05 მმ დიაპაზონში — აუცილებელი მაღალი სიზუსტის მანქანათმშენებლობისა და ავიაკოსმოსური კომპონენტებისთვის.
Დღეს ლითონის დამუშავების ინდუსტრია ძირითადად სამი მთავარი ლაზერული ტექნოლოგიით მუშაობს: CO2, ბოჭკოვანი და კრისტალური სისტემებით. CO2 ლაზერები კარგად უმკლავდებიან შედარებით მსხილ არარკინის ლითონებს, რადგან ისინი გაზით იძლევიან განრითმვას. ბოჭკოვანმა ლაზერებმა დაიკავა ბაზარი თხელი და საშუალო ფურცლის ლითონის დასამუშავებლად, რადგან ისინი აძლიერებენ დიოდურ სინათლეს იმ ოპტიკურ ბოჭკოებში. 2024 წლის ინდუსტრიული ლაზერული ანგარიშის ბოლო მონაცემების მიხედვით, ბოჭკოვანი ლაზერები 3 მმ ნაღდი ფოლადის დაჭრის სიჩქარეს ახერხებენ ორჯერ ან სამჯერ მეტს, ვიდრე ტრადიციული CO2 სისტემები. კრისტალური ლაზერები, Nd:YAG მოდელების ჩათვლით, თავისი ადგილი დაიკავა ძალიან კონკრეტულ სარკინში, როგორიცაა ტიტანის დაჭრა, თუმცა ამ სისტემების გავრცელება უკვე არ ხდება, ძირითადად იმიტომ, რომ ისინი მუდმივ მომსახურებასა და მართვას საჭიროებენ.
Ბოჭკოვანი ლაზერების უპირატესობები:
| Შესრულების მეტრიკა | Ბოჭკოვანი ლაზერი | CO2 ლაზერი |
|---|---|---|
| Ჭრის სიჩქარე (1 მმ ფოლადი) | 25 მ/წუთი | 8 მ/წთ |
| Ენერგიის ხარჯი/თვე* | $1,200 | $3,500 |
| Დასპორტირების გაზის ხარჯი | 15%-ით ნაკლები | Სტანდარტი |
*დამყარებულია 500 კვტ სისტემაზე, 24/5 ოპერაციაზე
Ლითონის 20 მმ-ზე დამუშავების მწარმოებლებისთვის, ბოჭკოვანი ლაზერი იძლევა 18–24 თვის სარგებლის გამაჯობესებას ხარჯვადი მასალების შემცირებით და მუშაობის 94% ხელმისაწვდომობით (2024 წლის მეტალგადამუშავების ეკონომიკური შესწავლა). მიუხედავად იმისა, რომ CO2 სისტემები კვლავ გამართულია ნარევი მასალების მქონე მაღაზიებისთვის, რომლებიც ამუშავებენ აკრილს ან ხეს, ისინი მოხმარობენ ლითონის გასაჭრელად 50–70%-ით მეტ ენერგიას.
Ლაზერული დაჭრის საუკეთესო შედეგები იძლევა ლითონების მიმართ, რომლებიც თანაბრად გადასცემენ სითბოს და შთანთქავენ ლაზერულ ენერგიას პროგნოზირებადი სიჩქარით. ასეთ მასალებს მიეკუთვნება ნაღდი ფოლადი, ალუმინი, მსუბუქი ფოლადი, ლათუნი და სპილენძი. ნაღდი ფოლადი განირჩევა იმით, რომ არ იშვიათად იკვრება, ამიტომ ის ხშირად გვხვდება სამედიცინო მოწყობილობებში და საკვების დამუშავების მანქანებში, სადაც სუფთაობა მნიშვნელოვან როლს თამაშობს. ალუმინის მსუბუქობამ განაპირობა მისი გავრცელება თვითმფრინავების და ავტომობილების წარმოებაში, სადაც ნაკლები წონა პირდაპირ ირიცხება მანქანის მაჩვენებლების გაუმჯობესებაში. ლათუნი და სპილენძი იშვიათად იჭრება ლაზერით, თუმცა ისინი მნიშვნელოვან როლს თამაშობენ ელექტრო სისტემებში, მიუხედავად პრობლემებისა. ეს ლითონები ლაზერულ სხივს არეკვლიან, ამიტომ საჭიროა სპეციალური მოწყობილობები და მეთოდები გასაწმენდად დაჭრის დასამუშავებლად გარშემომყოფი არეების დაზიანების გარეშე.
| Მეტალის ტიპი | Ტიპიური სისქის დიაპაზონი | Ძირითადი გამოყენების სფეროები |
|---|---|---|
| Უჟანგავი ფოლადი | 0.5–25 მმ | Სამედიცინო მოწყობილობები, საკვების დამუშავების მანქანები |
| Ალუმინი | 0.5–20 მმ | Ავტომობილის პანელები, გამაგრებელი რკალები |
| Სპილენძი | 0.5–8 მმ | Საელექტრო სქემები, გამაგრებელი რკალები |
Ბაქნისა და ლაინის მასალებთან მუშაობისას არსებობს მნიშვნელოვანი პრობლემა, რადგან ისინი უკან აბრუნებენ ინფრაწითელი ლაზერული ენერგიის 90 პროცენტზე მეტს. ასეთი არეკვლა შეიძლება დაზიანდეს თვითონ ლაზერი, თუ სწორად არ იქნება მომზადებული. აქ გამოდგება ბოჭკოვანი ლაზერები, რადგან ისინი მუშაობენ უფრო მოკლე ტალღის სიგრძეზე – დაახლოებით 1,060 ნანომეტრზე – და აქვთ რაღაც, რასაც ეწოდება ადაპტიური სიმძლავრის მოდულაცია, რაც დახმარებას უწევს პროცესის კონტროლში. მოდით განვიხილოთ 2 მმ სისქის ბაქნის ფირის დაჭრა. ამ პროცესს სჭირდება 500 ჰც-ზე მაღალი პულსების სიჩქარე და აზოტის აირის დახმარება ჭრისას ჟანგვის თავიდან ასაცილებლად. მიუხედავად იმისა, რომ ამ დამატებითი ნაბიჯების გამო ენერგიის ხარჯი 15-20 პროცენტით მეტია, ვიდრე ფოლადის დაჭრისას, უმეტესი მწარმოებელი ამ კომპრომისს ღირსეულად მიიჩნევს სიზუსტის დონის შესანარჩუნებლად და თავისი ძვირი მოწყობილობების დასაცავად.
Დამუშავების მასალის სისქე გავლენას ახდენს მისი კვეთის სიჩქარეზე და პროცესში გამოყენებულ ენერგიაზე. მაგალითად, 5 მმ მაგარი ფოლადის შემთხვევაში, კარგად მუშაობს დაახლოებით 8 მეტრი წუთში სიჩქარით. თუმცა, როდესაც საქმე გვაქვს უფრო სქელ ფოლადთან, 20 მმ-იანთან, ოპერატორები საკმარისად უნდა შეანელონ სიჩქარე დაახლოებით 1,2 მ/წთ-მდე, რომ თავიდან აიცილონ კიდეების გადახრა. თუმცა, ხალხი ხშირად ატაცობს ზედაპირის მომზადებას. ისეთი ნაკლოვანებები, როგორიცაა რჟავის ლაქები ან არათანმიმდევრული საფარი, შეიძლება ლაზერული სხივის გზიდან გადაახროს ნახევარი მილიმეტრით, რაც შემდგომში ზომების პრობლემებს იწვევს. საფარის გაწმენდა საწყისში მნიშვნულად ამარტივებს პროცესს. მონაცემები ინდუსტრიიდან აჩვენებს, რომ ასეთი მარტივი ნაბიჯი ზრდის კვეთის სტაბილურობას დაახლოებით 30%-ით და ამარტივებს დამატებითი დამუშავების პროცესს, რადგან ამცირებს დაბლაგვებას.
Ბოჭკოვანი ლაზერები შეძლებენ მასალების ჭრას სიჩქარით, რომელიც დაახლოებით სამჯერ აღემატება ტრადიციული CO2 სისტემების მაჩვენებელს, ასევე შეძლებენ დაცვას დაშვებებს დაახლოებით 0.1 მმ-ში მძიმე მასალებზე, როგორიცაა ნახშირბადოვანი ფოლადისა და ალუმინის ფურცლები. ამ ლაზერების უკან მდებარე მყარი მდგომარეობის კონსტრუქცია ნიშნავს, რომ ისინი მუშაობენ დაახლოებით 30 პროცენტით უფრო ეფექტურად ენერგიის მოხმარების თვალსაზრისით. ეს ეფექტურობა იწვევს წმინდა ჭრებს, სადაც მასალა ძირად დნელდება, ნაცვლად იმისა რომ დაიწვას, გარდა ამისა, გაციებული ზონების გარშემო გაციების მაჩვენებელი ბევრად ნაკლებია. ქვეყნის მასშტაბით მანქანათმშენებლობის სარდაფებიდან მოყვანილი რეალური რიცხვების გათვალისწინებით, კომპანიები აცხადებენ დაზოგვას 18-დან 22 ცენტამდე თითო ნაწილზე, რომელიც დამზადებულია 25 მმ-ზე თხელი ლითონისგან. არც თუ იშვიათად არის იმის გაკეთება, რომ ბევრი ფოლადის დამუშავების მაღაზიები გადადიან ბოჭკოვანი ლაზერის ტექნოლოგიებზე მასოვრული წარმოების საჭიროებებისთვის.
Მანქანათმშენებლობის დიდი სახელის მქონე კომპანიამ შეამცირა შასის დეტალების დამუშავების დრო დაახლოებით ნახევრად, როდესაც გადავიდა 6კვტ ბოჭკოვან ლაზერზე ნახშირორიანი ფოლადის ფურცლების 2-დან 8მმ-მდე დასამუშავებლად. საოცარია ის, რომ ამ ახალი სისტემების წყალობით პრაქტიკულად გაუქმდა დამატებითი დებურინგის საჭიროება, ვინაიდან ისინი წარმოქმნიან სუფთა კვეთას ნაგვის დაგროვების გარეშე. ზედაპირის დასრულება დაახლოებით Ra 3.2 მიკრონია, რაც საკმაოდ გლუვია. მწარმოებლებისთვის, რომლებიც ცდილობენ დარჩნენ დროულად და შეასრულონ მკაცრი დროის განრიგი, ასეთი სიზუსტე საყოველთაოდ განსხვავებულ საქმეს წარმოადგენს, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც მანქანების დამზადებელი კომპანიები უფრო მკაცრ სპეციფიკაციებს უყურადღებენ ელექტრომობილებისთვის, სადაც თითოეული გრამი მნიშვნელოვანია და დაშვებები სასიკვდილოდ ზუსტია.
Საავიაციო ინდუსტრიის უმეტესობა თანამედროვე ალუმინის კონსტრუქციული კომპონენტების დასამუშავებლად, როგორიცაა ფრთის რებები და გ fuselage სექციები 7075-T6 შენადნისგან, იწყებს მიმართვას მსხივრის ლაზერებს. რატომ? იმიტომ რომ ლაზერები მუშაობენ დაახლოებით 1,070 ნმ ტალღის სიგრძეზე, რაც ამცირებს მასალის არეკვლის პრობლემებს. ეს ნიშნავს, რომ ისინი შეუძლიათ გაჭრილ იყოს 10 მმ სისქის ფირფიტები დაახლოებით 15 მეტრი წუთში სიჩქარით, ხოლო სისქის განსხვავება 0.5%-ზე ნაკლებია. ბოლო ტენდენციების გათვალისწინებით, დღესდღეობით თითქმის ყოველი ახალი თვითმფრინავის დიზაინის შესაბამისად შედის ლაზერით დამუშავებული ალუმინის კომპონენტების გარკვეული ფორმა. შესაბამისად, მწარმოებლებისთვის საჭიროა მიუწვდომი იყოს კარგი მსხივრის ლაზერული სისტემებისთვის, რათა შეესაბამონ აეროკოსმოსური ინდუსტრიისთვის სტანდარტული AS9100 ხარისხის მოთხოვნებს.
Აზოტი იხსნის როგორც ინერტული აირი 12-დან 20 ბარის შუა დახმარებით, რათა შეინარჩუნოს მასალის წინააღმდეგობა კოროზიის წინააღმდეგ. როდესაც ეს ხდება, ოქსიდაცია იწყება და წარმოიქმნება სწორი გადახრები, რაც ამ ნაწილებს ხდის საუკეთესო არჩევანს მედიკამენტური მოწყობილობების ან საკვებ მრეწველობაში გამოყენებული კომპონენტებისთვის. მიიღეთ 6 მმ სისქის 304 ხარისხის ნაღდი ფოლადის მაგალითად. 2კვტ მანად მუშაობის ტემპი 10-დან 12 მეტრ წუთში, ჩვეულებრივ ვხედავთ სითბოს ზემოქმედების ზონას, რომელიც არ აღემატება 0.1 მმ-ს. ბოლო კვლევის მიხედვით, რომელიც 2024 წლის ლითონის დამუშავების ანგარიშში გამოქვეყნდა, ჟანგბადზე დამყარებული მეთოდებიდან აზოტის გამოყენებაზე გადასვლით შესაძლოა დამატებითი დასრულების ხარჯები შემცირდეს დაახლოებით მესამედით. ზოგიერთი მნიშვნელოვანი პარამეტრის შესახებ აუცილებელია აღინიშნოს:
Ალუმინის მაღალი არეკვლის (85–92% 1მკმ ტალღის სიგრძეზე) გამო საჭიროა იმპულსური ლაზერის რეჟიმების გამოყენება საწყისი გადახრის შესაჩერებლად. 4კვტ ბოჭკოვანი ლაზერი აჭრის 8მმ 6061-T6 ალუმინს 15 მ/წთ სიჩქარით და შეკუმშული ჰაერის გამოყენებით 6–8 ბარ-ში. თერმული გამტარობის მართვის მიზნით:
Ეს მიდგომა უზრუნველყოფს ±0.05მმ სიზუსტეს, რაც იდეალურია ზუსტი კომპონენტებისთვის, როგორიცაა ავტომობილის აკუმულატორის ყუთები.
Ნახშირბადის ფოლადის 3მმ-ზე მეტის ჭრის დროს ჟანგბადის დახმარებით ხდება ექსოთერმული რეაქციის გამო ჭრის სიჩქარის ამაღლება მაქსიმუმ 40%-ით. 10მმ S355JR ფოლადის 3კვტ სიმძლავრით ჭრის სიჩქარე აღწევს 8–10 მ/წთ-ს. თუმცა, ძალიან მაღალი დაჟანგვა ქვედა მხარეს ამომწურავს იწვის წარმოქმნას. ეფექტური შემცირება შედის:
Იმ სტრუქტურული კომპონენტებისთვის, როგორიცაა I-ბარზები, ჟანგბადის დაჭრის და აზოტის სასრულო გადატანის კომბინირებული მეთოდები დახმარებას ახდენს ISO 9013 სტანდარტების დასაკმაყოფილებლად განზომილებითი სიზუსტისა და კიდის ხარისხის მიმართულებით.
Ლაზერული დაჭრა ზუსტი პროცესია, რომლის დროსაც მძლავრი ლაზერული სხივი გამოიყენება მასალის დასამხვრის, დაწვის ან აორთქლებისთვის დაჭრის მიზნით.
Ბოჭკოვანი ლაზერები უზრუნველყოფს უფრო მაღალ სიზუსტეს, უკეთეს ენერგოეფექტურობას და ნაკლებ მომსახურების ხარჯებს CO2 ლაზერებთან შედარებით.
Ისეთი ლითონები, როგორიცაა ნახშირბადოვანი ფოლადი, ალუმინი, მაგარი ფოლადი, ლაინი და სპილენძი, შესაფერისია ლაზერული დაჭრისთვის მათი სითბოს გამტარობისა და ლაზერული ენერგიის შთანთქმის უნარის გამო.
Მასალის სისქე აზიარებს ჭრის სიჩქარეს და ენერგიის მოხმარებაზე. უფრო სქელი მასალების ჭრისთვის ხშირად საჭიროა ნელი სიჩქარით მოძრაობა გვერდის დისტორსიის თავიდან ასაცილებლად.
EN
Hot News
