Металды лазер менен кесүү: проф окуу китеби

Лазердик кесүү ыкмасы: металл иштетүүчү принциптер жана технология

Лазердик кесүү деген эмне жана ал металл менен кантип иштейт?

Лазердик кесүү металл бетине жарык нурларын жиберип, аларды эритип же бууланып, микрон деңгээлине чейин так иштейт. Ал эми ал процесстин башталышында лазер генератору күзгүдөн чачырап, линзадан өтүп, андан кийин териге тийген фотондарды жарык менен бөлүп чыгарат. Алыскы темир, адатта, 1400-1500 градус жылуулук менен эрийт, ошондуктан бул өтө ысык нурлар алар тийген жерде кичинекей эриген көлмөлөрдү пайда кылат. Тазалыкты сактоо үчүн, өндүрүүчүлөр көбүнчө азотту же кычкылтекти чачыратып, эриген материалды алып кетишет. Бул операциянын жүрүшүндө физикалык байланыш болбогондуктан, тетиктер стресстен көп бурулбайт, бул лазердик кесүүнү машиналардын кыймылдаткычтарында же учактардын бөлүктөрүндө керектүү татаал формалар үчүн өзгөчө жакшы кылат.

Жогорку тактыкка жана тактыкка жетүүдө багытталган нурлардын ролу

Лазердик нурлар так багытталган болсо, ±0,1 ммге жакын жол берилиштерге жетет. Ал эми 100 мкм өлчөмүндө лазерлер плазма же суу агымы сыяктуу альтернативаларга караганда энергияны кыйла жакшы топтойт. Бул концентрация кесүү туурасын олуттуу азайтат, кадимки 3 мм калыңдыктагы болоттон жасалган табактарда болжол менен 0,2 ммге чейин. Азыркы учурда CNC башкаруу системасы иштеген учурда фокустук аралыкты өзгөртүп турат. Мындай деңгээлдеги контролдоо электр корпустарында түздөн-түз 0,5 мм диаметри бар кичинекей тешиктерди түзүүгө мүмкүндүк берет, башкача айтканда, анча так эмес ыкмалар менен талап кылынган кошумча бургулоо кадамдарынын зарылдыгын жоёт.

Лазердик кесүү учурунда металлдын абляциясындагы жылуулук динамикасы

Ал эми кесүү учурунда кандай жылуулук колдонулары жана кандай материал иштетилери жөнүндө ойлонууга туура келет. Жез жана алюминий сыяктуу металлдар менен иштөөдө 1-10 кГц жыштыкта иштеген импульстук була лазерлери чындап жаркырап турат. Бул лазерлер жылуулукту тетиктештирип, тетиктин тез муздап калганда металлдын калдыктары пайда болбой калат. 10 мм дат баспас болот сыяктуу калың материалдар менен, көпчүлүк дүкөндөр үзгүлтүксүз толкун лазерлерин колдонушат, анткени алар минутына 2 метрден 4 метрге чейин кесүү менен жарыктын таасиринен жарым миллиметрден чоңураак чоң жерлерди жаратпай эле кесүүгө болот. Лазердик кесүүчү акыркы машиналар чыгуучу күчүн материалдын калыңдыгына байланыштуу сенсорлордун көрсөткүчтөрүнө жараша жөнгө салышат, бул болсо нурдун астында эмне болуп жатканына карабастан туруктуу энергия менен иштеген эски системаларга салыштырмалуу энергия чыгымдарын болжол менен 18%га чейин үнөмдөйт.

Металлдарды кесүү үчүн лазердин түрлөрү: Fiber, CO жана Nd:YAG салыштырылат

Лазер булалары: заманбап металлдарды өндүрүүдө натыйжалуулук жана басымдуулук

Кымбаттуулуктагы лазерлер металлдарды иштетүүдө 35% га жогору энергияны CO системаларына салыштырмалуу колдонушат. Алардын катуу абалдагы конструкциясы минималдуу тейлөө талап кылат, ал эми 1,06 € 1,08 μm толкун узундугу 25 мм калыңдыктагы металлдарга сиңирүүнү оптималдаштырат.

CO лазерлери: чагылдыргыч металлдардын чектөөлөрү менен эски иштеши

CO лазерлери 12 ммден төмөн чагылдыргыч эмес болот үчүн жарактуу бойдон калууда, бирок алардын 10,6μm толкун узундугунун айынан жез жана жез менен күрөшүп жатышат. КО системалары дагы деле гравировкалоо үчүн колдонулса да, металлдарды иштетүүдө булаларга караганда 2 € 3 € көп энергияны сарптайт.

Nd:YAG лазерлери: өнөр жай чөйрөсүндө колдонулуучу жана азайган тиркемелер

Неодим менен толукталган Yttrium Aluminum Garnet (Nd:YAG) лазерлери азыр өнөр жай кесүү милдеттеринин 5% дан азына, негизинен миллиметрден төмөн медициналык компоненттерди өндүрүүдө кызмат кылат. Алардын импульстук иштеши микро-перфорацияларды мүмкүн кылат, бирок металлдарды массалык түрдө өндүрүү үчүн керектүү пропусктык көрсөткүчтөр жок.

Лазердин кубаттуулугу жана толкун узундугу ар кандай металлдарды кесүүгө таасир этет

Металл	Идеалдуу лазер түрү	Күч аралыгы	Толкун узундугунун натыйжалуулугу
Жумшак болот	Чач	2€6 кВт	Бийиктиги (1,06 м)
Алюминий	Чач	3€8 кВт	Орточо (1.08 μm)
Боз кумыш	Кымбаттуулуктагы (жашыл)	4€10 кВт	Төмөн (1.06 μm)

Азыркы учурда төмөн толкун узундугундагы була лазерлери көгүлтүр спектрдин өркүндөтүүлөрү менен жупташтырылганда, 2024 материалдык абляциялык изилдөөсүндө көрсөтүлгөндөй, чагылдыруучу металлдарды кесип салат.

Лазер менен кесүүдө тактык, кесүү сапаты жана материалдык маселелер

Лазер менен кесүү канчалык так болот? (± 0,1 мм)

Азыркы кездеги лазердик булалар ±0,1 мм болот жана алюминий сыяктуу өнөр жай металлдарынын үстүнөн, кадимки CNC иштетүүчү машиналарды жалпак кесүү үчүн ашып түшүп. Бул тактык төмөнкү диаметрдеги тактарды башкарган адаптивдик оптикадан келип чыгат 0,0025 мм жана жылуулуктун кеңейишин компенсациялаган реалдуу убакыт режиминдеги кыймыл түзөтүү системалары.

Кыюунун сапатына таасир этүүчү факторлор: кыргычтын туурасы, кысыгы жана тыгыздыгы

Кесиптин сапаты үч өлчөнүүчү натыйжага жараша болот:

• Кёрфтин туурасы (адатта 10кВт лазерлер үчүн 0,1 € 0,3 мм) газдын басымы жана фокустук аралыгы аркылуу башкарылат
• Катуулук 60€80%га азайтты, кысылган абага караганда азот менен камсыздалган газды колдонуу
• Көлөмү кыска бурчтар төмөндө сакталат 0,5° айнектин тууралоосу аркылуу калибрлөө

Лазердик кесүүдөн кийинки бетин жабуу жана кайра иштетүү талаптары

Лазер менен кесилген болоттон жасалган экспонаттар Ra 3,2 € 12,5 ̊м жер бетинин оройлугу , көбүнчө жупташуу бетинде кабыктарды тазалоо талап кылынат. Алюминий сыяктуу түстүү металлдар 20 м оксидациялык катмарлар , экинчи жолу жылтыратуу же аноддоону талап кылат. Кесип салуу параметрлери постпроцессинг чыгымдарына түздөн-түз таасир этет€, мисалы 30% ылдамыраак кесүү кычкылданууну азайтат, бирок сызыктын тереңдигин 15% га жогорулатат.

Бетилген болотту, алюминийди, жезди жана жезди кесүү: кыйынчылыктар жана мүмкүнчүлүктөр

Материал	Эмне кайра откошот	Жылуулук өткөргүчтүгү (W/m·K)	Максималдык ылдамдык (10 мм)
Жумшак болот	35%	50	4,5 м/мин
Алюминий	85%	237	3,2 м/мин
Боз кумыш	95%	401	1,8 м/мин

Негизги кыйынчылыктар : чагылдыруучу металлдар талап кылынат көк-жашыл толкун узундугундагы лазерлер фотондун чагылуусунан жоготууларды жоюу үчүн. Жездин жылуулукту тез бөлүп чыгаруусу 3 узак убакыт бою тешип өтүү ал эми болоттон жасалганды колдонууга болбойт.

Азык-түлүк үчүн 25 ммге чейин, темир эмес үчүн азыраак

Өнөр жай була лазерлери 25 мм көмүртектин болот 0,6 м/мин O жардам менен, ал эми 6kW системалары башкаруу 15 мм алюминий 1,2 м/мин. Темир эмес заттардын чектери толкун узундуктарын сиңирүү ылдамдыктарынан келип чыгат. 8 мм жезден кО системаларына караганда 40% ылдамыраак болот, анткени 1,06 м толкун узундугунда чагылдырылуучулук төмөндөйт.

Лазердик кесүү менен салттуу ыкмалардын айырмасы: ылдамдык, чыгым жана автоматташтыруу жагынан артыкчылыктары

Азыркы өндүрүш тармагында тез, так жана арзан баада чечимдерди чыгаруу талап кылынат. Лазердик кесүү компьютердин жетекчилиги менен жүргүзүлгөн тактыкты минималдуу адам аракети менен айкалыштырып, CNC иштетүү, плазма кесүү жана суу агызуу системалары сыяктуу салттуу ыкмаларды ашып түшөт.

Лазердик жана CNC иштетүү: ылдамдык жана комплекстүүлүк

CNC иштетүү татаал 3D геометрияларды өндүрүүдө мыкты болсо, лазердик кесүү жалпак металл плитасынын компоненттерин өндүрүш убактысын 65% га чейин кыскартат. Бир эле лазер системасы фрезердик операцияларда шайманды алмаштырууну токтотуп, татаал үлгүлөрдү кол менен кайра калибрлөөсүз үзгүлтүксүз иштетүүгө мүмкүндүк берет.

Плазма менен лазердик кесүү: металлдарды кантип жасаш керек

Плазма менен кесүү 15 ммден ашык калыңдыктагы жумшак болот үчүн чыгымга пайдалуу бойдон калууда, бирок лазердик тутумдар ± 0,1 мм тактыктагы жука үлчөмдөгү (< 10 мм) колдонмолордо басымдуулук кылат. Алюминий сыяктуу чагылдыруучу металлдар менен иштеген кезде лазер булалары өзгөчө мыкты.

Суу агымы менен лазер: муздак кесүү менен жылуулук тактыгы

Суу агымы системалары температурага сезгич материалдарда жылуулуктун таасирин тийгизген зоналарды алдын алат, бирок 3 мм дат баспас болоттон жасалган лазерлердин ылдамдыгынын үчтөн бир бөлүгүндө иштейт. Лазердик кесүү менен темирдин туурасы 20%га кыскарып, материалдык ысыраптарды азайтып, кесүү ылдамдыгы минутына 20 метрден ашып түшөт.

Лазердик системалардын чыгымдарды үнөмдөө жана автоматташтыруу мүмкүнчүлүктөрү

Автоматтык уячалоо программасы материалдарды колдонууда кол менен түзүү ыкмаларына салыштырмалуу 15€~20%га жогорулатат. Азыркы була лазерлери КО системаларына салыштырмалуу энергияны 30€50%га азайтып, плазма кесүү операцияларынан 70%га арзан тейлөө чыгымдарын түзөт. Жасалма интеллектке негизделген алдын ала тейлөө ишин интеграциялоо иштебей турган убакытты дагы азайтып, жарык өчүрүү өндүрүш мүмкүнчүлүктөрүн камсыз кылат.

Өнөр жай металл лазердик кесүүсүнүн колдонмолору жана келечектеги тенденциялары

Негизги тармактар: Авиация, автоунаа жана медициналык жабдууларды өндүрүү

Лазердик кесүү ката кетирүү мүмкүн болбогон тармактарда өндүрүштө абдан маанилүү болуп калды. Авиация тармагы бул технологияга таянып, титан жана алюминий сыяктуу катуу материалдарды колдонууда жана микрон өлчөмдөрүнө чейин өлчөөгө муктаж учактын бөлүктөрүн жасоодо. Ошол эле учурда, унаа өндүрүүчүлөр татаал кузовдук панельдерди жана түтөтүүчү системаларды эски мектептин ыкмаларынан алда канча тез кесүү үчүн була лазерлерине кайрылышууда. Медициналык шаймандарды өндүрүүдө компаниялар лазердик технологияны колдонуп, хирургиялык шаймандарды жана имплантаттарды стерилдик кылып жасашат. Ошондуктан бул маанилүү тармактарда иштегендердин 60 пайызынын лазер менен кесүү менен алектенгени таң калыштуу эмес.

Архитектура жана дизайн: металлдан жасалган татаал буюмдар

Лазердик кесүү фабрикада жасалган иштерден да көптү билдирет жана металл имараттарда жасалган сүрөтчүлүк өнөр үчүн жаңы мүмкүнчүлүктөрдү ачат. Архитекторлор жана дизайнерлер азыр бул супер күчтүү лазерлер менен иштешет, кээде 10 000 ватттан ашат, металлдан да ар кандай заттуу нерселерди жасоо үчүн, мисалы дат баспас болоттон жана жезден. Биз бул жерде кымбат имараттардын сырткы бөлүктөрү, атайын дубал каптоочу жабдуулар жана башка жол менен жасоо мүмкүн болбогон структуралар үчүн уникалдуу бөлүктөр жөнүндө сөз кылып жатабыз. Азыркы архитектурага тийгизген таасири абдан чоң. Музейге коюлгандай көрүнгөн, бирок чынында бүтүндөй имаратты ээлеген татаал долбоорлор жөнүндө ойлонуп көрсөңөр! Жакында жасалган айрым курулуштар да мүмкүн болгон нерселерди көрсөтүп турат - тактайлардагы майда-чүйдө оюп-чиймелер дагы деле болсо жетиштүү калың (10 мм) болуп, баарын бекем кармап турат. Кадимки металл иштетүү бул сапатты жоготпой эле аны менен теңесе албайт.

Келечектеги тенденциялар: ИИ, автоматташтыруу жана лазердик иштетүү тармагындагы акылдуу интеграция

Кийинки жолу биз Industry 4.0 технологиясын интеграциялоо аркылуу лазердик кесүү акылдуу болуп жатканын көрөбүз. Акылдуу машиналар мурунку кесүүлөрдөн үйрөнүп, өз багыттарын тез арада өзгөртүп турушат, бул иштетүү убактысынын 15-20% үнөмдөп, жалпысынан материалды текке кетирбейт. Жаңы алдын ала техникалык тейлөө каражаттары лазердик резонаторлорду дайыма текшерип турат, ошондуктан алар күтүлбөгөн учурда бузулуп кетпейт. Ал эми көп огу бар роботтук колдору? Алар фабрикаларды эч ким көрбөй түнү бою иштетип турушат. Айрым компаниялар буга чейин эле 3D принтер менен салттуу кесүүнү айкалыштырып, гибриддик системаларды сынап жатышат. Бул дүкөндөрдө бир эле станцияда кесүү жана ширетүү ортосунда алмашуу мүмкүндүгүн билдирет, анткени алар бир күн бою бөлүктөрдү жылдырбайт. Бул өзгөрүүлөрдүн металлдын өндүрүлүшүн өзгөрткөнүн көрө алабыз.

Көп берилүүчү суроолор: Лазердик кесүү технологиясы

Лазер менен кандай материалдарды кесүүгө болот?

Лазердик кесүү өзгөчө болот, алюминий, жез жана жез сыяктуу металлдар үчүн натыйжалуу. Бул технология бул заттар үчүн оптималдаштырылган, так, таза кесүүлөрдү мүмкүндүк берет.

Лазердик кесүүнүн салттуу ыкмаларга салыштырмалуу кандай артыкчылыктары бар?

Лазердик кесүү ыкчамдыкты, тактыкты жана чыгымдарды үнөмдөөнү камсыз кылат.

Лазердин толкун узундугу металл кесүүгө кандай таасир этет?

Лазердик кесүүнүн натыйжалуулугу ар кандай металлдарга жараша өзгөрүп турат жана толкун узундугуна жараша болот. Күндүн узундугу төмөн була лазерлери жашыл спектрдик технологиялар менен жакшыртылган кезде чагылдыруучу металлдарды кесүү үчүн оптималдуу.

Лазердик кесүү татаал жана майда-чүйдө нерселерди жасай алабы?

Ооба, лазердик кесүү ыкмасы абдан так болгондуктан, ал татаал долбоорлорду жасоого абдан ылайыктуу.