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.
Pet osnovnih sistema radi tačnosti i efikasnosti:
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:
| Metrrika performansi | Фибер Ласер | CO2 laser |
|---|---|---|
| Брзина сечења (1мм челик) | 25 m/min | 8 m/min |
| Trošak energije/mesec* | 1.200 USD | $3.500 |
| Potrošnja pomoćnog gasa | 15% niža | Standard |
*Zasnovano na sistemu od 500 kW, 24/5 radnih sati
Za proizvođače koji obrađuju metale debljine ispod 20 mm, laserski sistemi sa vlaknima obezbeđuju povraćaj investicije tokom 18–24 meseca zahvaljujući smanjenim potrošnim materijalima i 94% vremenu iskoristi (Studija o ekonomiji metalne industrije iz 2024). Iako sistemi sa CO2 dalje ostaju prikladni za radionice koje rade sa različitim materijalima, poput akrilnih masa ili drveta, oni troše 50–70% više energije po sečenju metala.
Ласерско сецање најбоље функционише код метала који равномерно проводе топлоту и апсорбују ласерску енергију на предвидив начин. Материјали као што су нерђајући челик, алуминијум, благи челик, месинг и бакар спадају у ову категорију. Нерђајући челик истиче се зато што се не кородира лако, због чега се често користи у медицинским уређајима и машинама за обраду хране, где је битна чистоћа. Алуминијумова лаганост га чини популарним материјалом за авионе и аутомобиле, где сваки унција уштеде одговара реалном добитку у перформансама. Месинг и бакар нису толико чести за ласерско сецање, али имају важну улогу у електричним системима, упркос изазовима које стварају. Ови метали имају тенденцију да рефлектују ласерски сноп, због чега операторима треба специјална опрема и технике како би постигли чисте резове без оштећења околних делова.
| Tip metala | Уобичајен опсег дебљине | Кључне области примене |
|---|---|---|
| Нержајући челик | 0,5–25 mm | Медицински уређаји, машине за обраду хране |
| Алуминијум | 0,5–20 mm | Аутомобилске панеле, разводници топлоте |
| Bakar | 0,5–8 mm | Штампане плоче, размењивачи топлоте |
Када се ради са материјалима као што су бакар и месинг, појављује се велики проблем јер они рефлектују више од 90 посто инфрацрвене ласерске енергије. Ова рефлексија може заправо оштетити ласер ако се не уради на правilan начин. Ту долазе у питање фибер ласери. Они боље функционишу у овим ситуацијама јер раде на краћој таласној дужини од око 1.060 нанометара и имају нешто што се зове адаптивна модулација снаге, која помаже у контроли процеса. Узмимо као пример резање плоча од бакра дебљине 2 мм. Процес захтева фреквенцију импулса већу од 500 Hz плус коришћење азотног гаса како би се спречила оксидација током резања. Иако сви ови додатни кораци значе да се потроши око 15 до 20 посто више енергије у односу на резање челика, већина произвођача сматра да је то вредно уложено ради одржавања прецизности и заштите скупе опреме.
Дебљина материјала на коме се ради има велики утицај на то колико брзо можемо да га режемо и колико снаге се троши у процесу. На пример, када имамо посла са благим челиком дебљине 5 мм, брзине од око 8 метара у минуту добро функционишу. Али када се суочимо са дебљим челиком од 20 мм, операторима је неопходно да значајно успоре, све до око 1,2 m/min, како би се спречиле досадне деформације ивица. Оно што људи често занемарују је припрема површине. Рђа или неравномерни премази могу заправо да одведу ласерски сноп са путају чак и по пола милиметра, што доводи до разних проблема са димензијама касније. Чишћење премазаних површина пре почетка рада чини велику разлику. Подаци из индустрије показују да овај једноставан корак побољшава конзистенцију резања за отприлике 30 процената, као и да смањује непријатне остатке топљеног материјала који омешају даљу обраду.
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:
Aluminijum ima visoku refleksiju (85–92% na talasnoj dužini od 1µm), što zahteva pulsni režim lasera kako bi se spriječilo skretanje snopa. Vlaknasti laser od 4kW može da prereže aluminijum 6061-T6 debljine 8mm brzinom od 15 m/min koristeći sabijeni vazduh na pritisku od 6–8 bara. Kako bi se upravljalo toplotnom provodljivošću:
Ovaj pristup obezbeđuje tačnost od ±0,05mm, što je idealno za precizne komponente poput posuda za automobile baterije.
Rezanje uz pomoć kiseonika je standardna metoda za sečenje ugljeničnog čelika debljeg od 3mm, gde egzotermna reakcija povećava brzinu rezanja čak do 40%. Za čelik S355JR debljine 10mm i snazi od 3kW, brzine dostižu 8–10 m/min. Međutim, prekomerna oksidacija može izazvati nastajanje šljake na donjoj strani. Efikasne metode ublažavanja uključuju:
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, месинг и бакар погodni су за ласерско сечење због своје топлотне проводљивости и способности да апсорбују ласерску енергију.
Debljina materijala utiče na brzinu sečenja i potrošnju energije. Deblji materijali često zahtevaju sporiju brzinu sečenja kako bi se sprečila deformacija ivica.
Hot News
EN
