Ласерското сечење на металите обично следи четиристепен процес кој станува доста занимлив кога ќе го разгледаме детално. Целиот процес започнува со ласерен резонатор кој создава моќен зрак, кој потоа се засилува преку смеси од CO2 гас или специјални влакно-оптички кабли. Она што се случува потоа е доста забележително. Супер прецизни леќи го концентрираат овој зрак до нешто помало од влакно од коса, околу 0,1 мм во пречник. На овие интензитети, моќноста достигнува над 10 милиони вати по квадратен сантиметар, доволно за да се стопи јаглероден челик во половина милисекунда според последните истражувања објавени во списанието Journal of Manufacturing Processes. За да се заврши работата, помошни гасови како кислород или азот го однесуваат растопениот метал, овозможувајќи екстремно тесни режови. Зборуваме за ширини на режот дури и до 0,15 мм дури и кај лимови од нерѓосувачки челик со дебелина од 3 мм.
Пет јадренi системи работат заедно за да осигурат точност и ефикасност:
Оваа интеграција овозможува брзини на сечење до 60 м/минута на 1 мм благороден челик додека се одржуваат толеранции од ±0,05 мм – неопходно за високоточни автомобилски и авионски компоненти.
Индустријата за метална обработка денес претежно работи со три главни ласерски технологии: CO2, влакно и системи базирани на кристал. CO2 ласерите обично добро се справуваат со поголеми дебелини на нележни метали, бидејќи користат гас за возбудување. Влакнестите ласери го презеле поголемиот дел од пазарот за работа со тенки и средни лимови, бидејќи ја засилуваат диодната светлина низ оптичките влакна. Според најновите бројки од Извештајот за индустријски ласери од 2024 година, влакнестите ласери можат да се движат низ нерѓосувачки челик од 3 мм со брзина која е околу два до три пати поголема во однос на традиционалните CO2 системи. Кристалните ласери, вклучувајќи ги и Nd:YAG моделите, се стеснети во многу специфични ниши, како што е сечење на титан, иако овие системи повеќе не бележат значаен раст, главно поради тоа што бараат многу одржување и нега.
Влакнестите ласери нудат одредени предности:
| Перформансен метрички показател | Ласер со влакна | CO2 Ласер |
|---|---|---|
| Брзина на сечење (1 мм челик) | 25 м/мин | 8 m/мин |
| Трошок на енергија/Месец* | $1,200 | $3,500 |
| Помошна гасна потрошувачка | за 15% пониско | Стандард |
*Засновано на систем од 500 kW, работа 24/5
За производители кои обработуваат метали подебели од 20 мм, влакнестите ласери нудат поврат на инвестицијата од 18 до 24 месеци преку намалени потрошувачки материјали и 94% време на располагаемост (Студија за металната индустрија од 2024 година). Додека системите CO2 остануваат прифатливи за работилници со мешани материјали кои обработуваат акрил или дрво, тие консумираат 50–70% повеќе енергија по секој металичен пресек.
Ласерското сечење најдобро функционира со метали што провидуваат топлина рамномерно и ја апсорбираат ласерската енергија со предвидлива брзина. Материјали како нерѓосувачки челик, алуминиум, благ челик, месинг и бакар паѓаат во оваа категорија. Нерѓосувачкиот челик истиче затоа што не се корозира лесно, затоа често се користи во медицински уреди и машини за обработка на храна каде што чистотата е важна. Лесната тежина на алуминиумот го направи овој материјал популарен за авиони и автомобили, каде што зачувувањето на унци преведува во стварни перформанси. Месингот и бакарот не се толку често сечени со ласер, но тие имаат важна улога во електричните системи, и покрај предизвиците што ги предизвикуваат. Овие метали имаат тенденција да го одбиваат ласерскиот зрак, па затоа операторите им треба специјална опрема и техники за да постигнат чисто сечење без оштетување на околината.
| Метален Тип | Типичен опсег на дебелина | Клучни области на примена |
|---|---|---|
| Нержалиска целина | 0,5–25 мм | Медицински уреди, опрема за обработка на храна |
| Алуминиум | 0,5–20 мм | Автомобилски панели, радијатори |
| Бакар | 0,5–8 мм | Плочи со кола, топлински разменувачи |
При работа со материјали од бакар и месинг, постои голем проблем бидејќи тие ја рефлектираат повеќе од 90 проценти од инфрацрната ласерска енергија. Оваа рефлексија всушност може да ја оштети ласерската опрема ако не се справи соодветно. Тука настапуваат влакнестите ласери. Тие подобро функционираат овде бидејќи работат на пократка бранова должина од околу 1.060 нанометри и имаат нешто што се нарекува адаптивна модулација на моќноста кое помага во контролирањето на процесот. Земете за пример режење на бакарни плочи со дебелина од 2 мм. Процесот бара фреквенција на импулсите поголема од 500 Hz плус асистенција со азотен гас за да се спречи оксидацијата во текот на режењето. Иако сите овие дополнителни чекори значат употреба на околу 15 до 20 проценти повеќе енергија отколку што се користи при режење на челик, повеќето производители сметаат дека компромисот си вреди само за да се одржат нивото на прецизност и да се заштити нивната скапа опрема.
Дебелината на материјалот кој се обработува има голем влијание врз брзината со која можеме да го сечеме и колку енергија се користи во процесот. На пример, кај работа со блага челик од 5 мм, брзини од околу 8 метри во минута даваат добри резултати. Но, кога се соочуваме со позадебел челик од 20 мм, операторите мораат значително да ја забават работата, до околу 1,2 метри/мин само за да се спречи појавата на оние досадни извивки по работ. Но, она што луѓето често го подценуваат е подготовката на површината. Ржави петна или непоследовити покрити површини всушност можат да го одведат ласерскиот зрак за околу пола милиметар, што доведува до различни проблеми со димензиите подоцна. Чистењето на овие покрити површини пред почетокот на работата прави голема разлика. Податоци од индустријата покажуваат дека овој едноставен чекор ја подобрува последовителноста на сечењето за околу 30 проценти, а исто така го намалува непријатното таложење на шлака кое комплицира пообработката.
Влакнестите ласери можат да режат материјали со брзина околу три пати поголема од онаа на традиционалните CO2 системи, при што толеранциите остануваат во рамките од околу 0,1 мм на тешки материјали како нерѓосувачки челик и алуминиумски лимови. Конструкцијата во цврста состојба зад овие ласери значи дека тие работат околу 30 отсто поефикасно во поглед на потрошувачката на енергија. Оваа ефикасност се претвара во почисто режење каде материјалот буквално се топи наместо да се запали, а исто така постои значително помалку топлина која влијае на заоколните области. Гледајќи ги реалните бројки од производствените подови низ земјата, компаниите пријавуваат заштеди меѓу 18 и 22 центи по дел направен од метали со дебелина помала од 25 мм. Не е чудно што толку многу радионици за обработка на лим се префрлаат на влакнеста ласерска технологија за нивните потреби од масовна производство во овој момент.
Еден голем производител на делови за возила го сократил времето за производство на компоненти за шасија за скоро половина кога преминал на влакнести ласери од 6 kW за работа со лимови од јаглероден челик од 2 до 8 mm. Навистина впечатливо е како новите системи практично го елиминирале потребата за дополнителна работа по отстранување на заши што настануваат по сеѓењето, бидејќи нудат чисто сеѓење без никакво натрупување. Завршната површина излегува околу Ra 3,2 микрони, што е доста глатко. За производителите кои се обидуваат да одржат тесни распореди, оваа прецизност прави голема разлика, особено кога производителите на возила се толкуваат да ги задоволат барањата за електрични возила каде што секој грам има значење и толеранциите се многу тесни.
Сé повеќе компании од авионската индустрија започнаа да преминуваат на влакнени ласери кога работат со алуминиумски конструктивни делови како што се делови од крилја и секции од фузелажи направени од легура 7075-T6. Зошто? Бидејќи тие ласери работат на околу 1.070 nm бранова должина, што им помага да се намали рефлективноста на материјалот. Тоа пак значи дека можат да се сечат плочи со дебелина од 10 мм со постојана брзина од околу 15 метри во минута, при што варијациите во дебелината се под 0,5%. Ако ги погледнеме последните трендови, скоро 9 од 10 нови авионски дизајни денес вклучуваат некаква форма на алуминиумски компоненти изработени со ласерско сечење. Поради тоа, прислупот до квалитетни влакнени ласерски системи стана доста значаен ако производителите сакаат да ги исполнат строгите квалитетни барања AS9100 кои се стандард во авионската индустрија.
Азотот служи како инертен помошен гас под притисок помеѓу 12 и 20 бара за да се одржи отпорноста на материјалот против корозија. Кога се случи ова, се спречува оксидацијата и формираат чисти работи, што ги прави овие делови идеални за употреба во медицинските уреди или компоненти што се користат во индустријата за преработка на храна. Да го земеме како пример 304 нерѓосувачки челик со дебелина од 6 мм. Со влакнест ласер од 2 kW кој работи со брзина од околу 10 до 12 метри во минута, обично се добива топлински влијаен зони со дебелина не поголема од 0,1 мм. Според најновите истражувања објавени во Извештајот за метална обработка за 2024 година, преминувањето од методи засновани на кислород кон помош со азот може да ги намали додатните трошоци за завршување за околу една третина. Некои важни параметри кои треба да се напоменат се:
Високата рефлективност на алуминиумот (85–92% кај бранова должина од 1µm) бара употреба на импулсни ласерски режими за да се спречи одбивање на зракот. Ласер со 4kW ја реже алуминиумската легура 6061-T6 со дебелина од 8mm со брзина од 15 m/мин користејќи компримиран воздух под притисок од 6–8 bar. За управување со топлинската спроводливост:
Овој пристап осигурува точност од ±0,05mm, што е идеално за прецизни компоненти како што се корпи за батерии кај возилата.
Режењето со помош на кислород е стандардна пракса кај јаглероден челик со дебелина над 3mm, каде егзотермичната реакција ја зголемува брзината на режење до 40%. За челик S355JR со дебелина од 10mm и моќност од 3kW, брзините достигнуваат 8–10 m/мин. Сепак, премногу оксидација може да предизвика шлака на долната страна. Ефективни методи за намалување вклучуваат:
За конструктивни компоненти како што се I-греди, комбинирање на методи со кислородно сечење и завршни премини со азот помага да се исполнат ISO 9013 стандардите за димензионална прецизност и квалитет на работ.
Ласерското сечење е прецизен процес каде моќен ласерски зрак се користи за топење, палење или испарување на материјалот за сечење.
Влакнестите ласери нудат поголема прецизност, подобра енергетска ефикасност и пониски трошоци за одржување во споредба со CO2 ласерите.
Метали како што се нерѓоскороден челик, алуминиум, благ челик, месинг и бакар се погодни за ласерско сечење поради нивната топлинска спроводливост и способноста да ја апсорбираат ласерската енергија.
Дебелината на материјалот влијае врз брзината на сечење и потрошувачката на енергија. Поподебелите материјали често бараат пониска брзина на сечење за да се спречи деформирање на работ.
EN
Hot News
