Ласерско сечење метала обично прати процес у четири корака који постаје прилично занимљив када га разложимо. Цео процес почиње ласерским резонатором који ствара снажну светлост, а затим се та светлост појачава помоћу мешавине CO2 гасова или специјалних оптичких кабала. То што се затим дешава је прилично изузетно. Екстремно прецизне сочива фокусирају ову светлост на тачку мању од људске косе, отприлике 0,1 mm у пречнику. На овим нивоима, густина снаге достиже преко 10 милиона вати по квадратном центиметру, што је довољно да се уграђени челик истопи у мање од пола милисекунде, према последњим истраживањима из часописа Journal of Manufacturing Processes. Како би се завршио посао, помоћни гасови као што су кисеоник или азот уклањају топљени метал, омогућавајући изузетно уске резове. Говоримо о ширинама резова чак и до 0,15 mm чак и на лимовима нерђајућег челика дебљине 3 mm.
Пет основних система раде у тандему како би се осигурала прецизност и ефикасност:
Ova integracija omogućava brzinu rezanja do 60 m/minuta na mekom čeliku debljine 1 mm uz održavanje tolerancije od ±0,05 mm – ključno za visokoprecizne delove u automobilskoj i vazduhoplovnoj industriji.
Данас индустрија обраде метала углавном користи три главне ласерске технологије: CO2, влакна и системе засноване на кристалима. CO2 ласери прилично добро се носе са дебљим несипким металима зато што користе гас за екситацију. Влакнени ласери преузели су велики део тржишта за обраду танког и средњег лима, јер појачавају диодно светлост путем оптичких влакана. Према најновијим бројкама из Извештаја о индустријским ласерима из 2024. године, влакнени ласери могу да исецају нерђајући челик дебљине 3мм отприлике два до три пута брже у поређењу са традиционалним CO2 системима. Кристални ласери, укључујући Nd:YAG моделе, налазе се у веома специфичним нишама као што је сечење титанијума, ипак ови системи више нису у фази значајног раста, пре свега зато што захтевају много одржавања и неге.
Влакнени ласери нуде изражите предности:
| Метрика перформанси | Ласер од влакана | Ласер СО2 |
|---|---|---|
| Брзина сечења (1 мм челика) | 25 м/мин | 8 м/мин |
| Трошкови енергије/месяц* | $1,200 | $3,500 |
| Помоћ у потрошњи гаса | 15% ниже | Стандард |
*На основу система од 500кВт, рад 24/5
За произвођаче који обрађују метале испод 20 мм, ласери са влаконским ласерима пружају повратак инвестиција од 1824 месеца кроз смањење потрошених материјала и 94% оперативног времена (2024 Студија економије металоработе). Иако су системи ЦО2 и даље одржливи за радње са мешаним материјалима које обрађују акрил или дрво, троше 5070% више енергије по металу.
Ласерско сечење најбоље функционише са металима који конзистентно проводе топлоту и апсорбују ласерску енергију у предвидивим брзинама. Материјали као што су нерђајући челик, алуминијум, мекан челик, месин и бакар спадају у ову категорију. Неродно челик се истиче зато што се не лако кородира, због чега га толико често видимо у медицинским уређајима и машинама за прераду хране где је чистота важна. Алуминијум је због своје лаке тежине користан за авионе и аутомобиле, где штедња унци значи и повећање перформанси. Медь и бакар се не режу тако често ласером, али играју важну улогу у електричним системима упркос главобољема које узрокују. Ови метали имају тенденцију да одражавају ласерски зрак, тако да оператерима требају посебна опрема и технике да би добили чисте резе без оштећења околних подручја.
| Метал тип | Типични опсег дебљине | Кључна подручја примене |
|---|---|---|
| Нерођива челик | 0,25 mm | Медицински уређаји, опрема за прераду хране |
| Алуминијум | 0,50 mm | Улазници за аутомобиле, топлотни растојачи |
| Мед | 0,058 мм | Плоче за кола, топлотни размениоци |
Када радимо са бакарним и месанским материјалима, постоји велики проблем јер они одбијају више од 90 одсто инфрацрвене ласерске енергије. Ово одражавање може у ствари оштетити и сами ласер ако се не управља правилно. То је место где фиберни ласери улазе у игру. Они раде боље овде, јер раде на краћем таласном дужини око 1060 нанометра и имају нешто што се зове адаптивна модулација снаге која помаже у контроли ствари. Узмимо као пример резање бакарних плоча дебелине 2 мм. Процес захтева пулсне брзине веће од 500 Хц плус помоћ азотног гаса како би се зауставило оксидацију током сечења. Иако сви ови додатни кораци значи да се користи око 15 до 20 посто више енергије него када се реже челик, већина произвођача сматра да је вредно компромиса само да би се одржала прецизност и заштитили њихови скупи инвестициони уређаји.
Дебљина материјала на којем се ради има велики утицај на то колико брзо можемо да га сечемо и колико енергије се користи у процесу. На пример, када се ради о 5 мм благом челику, брзине око 8 метара у минути добро раде. Али када су суочени са дебљим челиком од 20 мм, оператери морају да успоре ствари до око 1,2 m/min само да би се спречиле те фрустрирајуће крижне увртања. Оно што људи често занемарују је припрема површине. Плоче рђа или неконзистентни премази ће заправо одбацити ласерски зрак са пута за чак пола милиметра, што ће касније довести до свих врста проблема са димензијама. Чишћење обложених површина пре почетка такође чини свет разлике. Подаци из индустрије показују да овај једноставан корак повећава конзистенцију сечења за око 30 одсто, а истовремено смањује и досадно натрупавање шлаке која компликова пост-процесу.
Влакнасти ласери могу резати материјале брзинама које су отприлике три пута веће у односу на традиционалне CO2 системе, при чему одржавају толеранције у оквиру око 0,1 мм на тежим материјалима као што су нерђајући челик и алуминијумске плоче. Чврста конструкција која стоји у основи ових ласера значи да они користе енергију отприлике 30% ефикасније. Ова ефикасност се преводи у чистије резове где материјал у суштини топи, уместо да буде опежен, а такође постоји много мање топлоте која утиче на околне области. Ако погледамо стварне бројеве са фабричких подова по земљи, компаније наводе да штеде између 18 и 22 цента по делу направљеном од метала дебљине мање од 25 мм. Не чуди што све више радњи које обрађују лим прелазе на технологију влакнастог ласера за своје потребе масовне производње у последње време.
Једно велико име у индустрији аутомобилских делова смањило је време производње делова шасија скоро за половину када је прешло на 6 kW ласере влакана за рад са лимовима од 2 до 8 mm челика са ниским садржајем угљеника. Заправо, ови нови системи углавном су елиминисали потребу за додатним радовима по чишћењу ивица, јер производе чисте резове без наслага шљаке. Квалитет завршне обраде површине је око Ra 3,2 микрометра, што је прилично глатка површина. За произвођаче који покушавају да задрже строге рокове, ова прецизност чини велику разлику, нарочито уз нарастајуће захтеве произвођача аутомобила да испуне спецификације за електромобиле где сваки грам важи, а толеранције су веома мале.
Свe више аеропросторних компанија почело је да се окреће влакнастим ласерима када ради са алуминијумским структурним деловима као што су ребра крила и секције фуселажа направљене од легуре 7075-Т6. Зашто? Јер ти ласери раде на таласној дужини од око 1.070 nm, што помаже у смањењу проблема са рефлективношћу материјала. То значи да могу да режу плоче дебљине 10 mm на сталне начине брзином од око 15 метара у минуту, док одржавају варијације дебљине испод 0,5%. Ако погледамо недавне тенденције, скоро 9 од 10 нових авиона данас у ствари укључују неку врсту алуминијумског дела који је исечен ласером. Као резултат тога, приступ добри системима влакнастих ласера постао је прилично обавезан ако производиoci желе да испуне строге захтеве стандарда AS9100 који су уобичајени у аеропросторној индустрији.
Azot se koristi kao inertni pomoćni gas na pritiscima između 12 i 20 bara kako bi se očuvala otpornost materijala na koroziju. Kada se to desi, sprečava se oksidacija i formiraju čisti rubovi, što čini ove delove idealnim za korišćenje u medicinskim uređajima ili komponentama koje se koriste u prehrambenoj industriji. Uzmimo za primer nehrđajući čelik 304. kvaliteta debljine 6 mm. Kod rezanja pomoću 2 kW fibernog lasera koji radi brzinom od oko 10 do 12 metara u minuti, obično se postiže zona toplinskog uticaja koja ne prelazi 0,1 mm. Prema nedavnoj studiji objavljenoj u Izveštaju o metalnoj preradi iz 2024. godine, prelazak sa metoda zasnovanih na kiseoniku na azotnu zaštitu može smanjiti dodatne troškove završne obrade za otprilike trećinu. Neki važni parametri koje treba napomenuti su:
Висока рефлективност алуминијума (85-92% на таласној дужини од 1 мкм) захтева импулсне ласерске режиме како би се спречило одвијање зрака. Ласер са 4кВ ради на резању 8мм 6061-Т6 алуминијума са 15 м/мин користећи компресиони ваздух на 68 бара. За управљање топлотном проводношћу:
Овај приступ осигурава тачност од ± 0,05 мм, идеална за прецизне компоненте као што су тачке за аутомобилске батерије.
Струјење са кисеоником је стандардно за угљенски челик већи од 3 мм, где егзотермичка реакција повећава брзину сечења до 40%. За 10мм С355ЈР челик на 3кВ, брзине достижу 810 м/мин. Међутим, прекомерна оксидација може створити шлагу на доњем делу. Ефикасно ублажавање укључује:
За структурне компоненте као што су носачи у облику слова I, хибридне методе које комбинују сечење кисеоником и завршне пролазе са азотом помажу у испуњењу ISO 9013 стандарда у вези тачности димензија и квалитета ивица.
Ласерско сечење је прецизан процес у коме се јака ласерска зрака користи за топљење, паљење или испаравање материјала ради сечења.
Фибер ласери нуде већу прецизност, бољу енергетску ефикасност и ниже трошкове одржавања у поређењу са CO2 ласерима.
Метали као што су нерђајући челик, алуминијум, благи челик, месин и бакар погодни су за ласерско сечење због своје топлотне проводности и способности апсорбовања ласерске енергије.
Дебљина материјала утиче на брзину сечења и потрошњу енергије. Дебљи материјали често захтевају спорије брзине сечења како би се спречило искривљење ивице.
Топла вест
EN
