Laserstansning av metaller följer typiskt en fyra stegs process som blir ganska fascinerande när vi bryter ner den. Hela processen börjar med en laserresonator som skapar en kraftfull stråle som därefter förstärks antingen genom CO2-gasblandningar eller speciella fiberkablar. Det som händer härnäst är ganska imponerande. Extremt exakta linser koncentrerar denna stråle till något som är mindre än en hårsträng, cirka 0,1 mm i diameter. Vid dessa intensiteter når effekttätheten över 10 miljoner watt per kvadratcentimeter, tillräckligt för att smälta kolstål inom en halv millisekund enligt nyligen forskning från Journal of Manufacturing Processes. För att avsluta arbetet blåser hjälpgaser som syre eller kväve bort det smälta metallet, vilket möjliggör extremt smala snitt. Vi talar om snittbredder så små som 0,15 mm även i 3 mm tjocka rostfria stålskivor.
Fem kärnsystem arbetar i tandem för att säkerställa precision och effektivitet:
Denna integration möjliggör skärhastigheter upp till 60 meter per minut på 1 mm mjukt stål medan toleranser på ±0,05 mm upprätthålls – en nödvändighet för högprecision i bil- och flygindustrin.
Metallindustrin arbetar i dag främst med tre olika laserteknologier: CO2-, fiber- och kristallbaserade system. CO2-lasrar klarar ofta tjockare icke-järnhaltiga metaller ganska bra eftersom de använder gas för excitering. Fiberlasrar har tagit över stora delar av marknaden för arbete med tunn till medeltjock plåt eftersom de förstärker diodljus genom de optiska fibrerna. Enligt senaste siffror från Industrial Laser Report 2024 kan fiberlasrar skära igenom 3 mm rostfritt stål i en hastighet som är cirka två till tre gånger högre jämfört med traditionella CO2-system. Kristalllasrar, inklusive Nd:YAG-modeller, har fastnat i mycket specifika nischer som t.ex. att skära titan, men dessa system visar knappt någon tillväxt längre, främst för att de kräver mycket underhåll och skötsel.
Fiberlasrar erbjuder tydliga fördelar:
| Prestandametrik | Fiberlaser | Co2-laser |
|---|---|---|
| Skärningshastighet (1 mm stål) | 25 m/min | 8 m/min |
| Energikostnad/månad* | 1 200 USD | $3.500 |
| Assistansgasförbrukning | 15% lägre | Standard |
*Baserat på 500 kW-system, 24/5 drift
För tillverkare som bearbetar metaller under 20 mm, ger fiberlasrar en avkastning på investeringen inom 18–24 månader genom minskade förbrukningsmaterial och 94 % drifttid (Metallbearbetningsekonomisk studie 2024). Även om CO2-system fortfarande är ett alternativ för verkstäder som hanterar olika material som akryl eller trä, förbrukar de 50–70 % mer energi per metallskärning.
Laserförädling fungerar bäst med metaller som leder värme jämnt och absorberar laserenergi i förutsägbara takt. Material som rostfritt stål, aluminium, segt järn, mässing och koppar hör till denna kategori. Rostfritt stål sticker ut eftersom det inte korroderar lätt, vilket är anledningen till att vi ser det så ofta i medicinsk utrustning och livsmedelsindustrimaskiner där rengöring är viktigt. Aluminiums lätta vikt har gjort det till ett populärt material för flygplan och bilar där varje gram som sparas betyder förbättrad prestanda. Mässing och koppar används inte lika ofta för laserförädling, men de spelar viktiga roller i elektriska system trots de utmaningar de medför. Dessa metaller tenderar att reflektera laserstrålen, så operatörer behöver särskild utrustning och tekniker för att få rena snitt utan att skada omgivande områden.
| Metalltyp | Typisk tjockleksintervall | Nyckelområden för användning |
|---|---|---|
| Rostfritt stål | 0,5–25 mm | Medicinsk utrustning, livsmedelsindustrimaskiner |
| Aluminium | 0,5–20 mm | Bilpaneler, kylflänsar |
| Koppar | 0,5–8 mm | Kretskort, värmeväxlare |
När man arbetar med koppar och mässing uppstår ett stort problem eftersom dessa material reflekterar tillbaka mer än 90 procent av infraröd laserenergi. Denna reflektion kan faktiskt skada lasern själv om den inte hanteras på rätt sätt. Här kommer fiberlasrar in i bilden. De fungerar bättre i detta sammanhang eftersom de arbetar med en kortare våglängd, cirka 1 060 nanometer, och har något som kallas adaptiv effektmodulering som hjälper till att styra processen. Ta som exempel skärning av kopparplåtar med en tjocklek på 2 mm. Processen kräver pulsfrekvenser över 500 Hz samt hjälp av kvävgas för att förhindra oxidation under skärningen. Även om dessa extra åtgärder innebär en energiförbrukning som är cirka 15 till 20 procent högre än vid skärning av stål, anser de flesta tillverkare att det är värt avvägningen bara för att upprätthålla precisionen och skydda sina dyra utrustningsinvesteringar.
Tjockleken på det material som bearbetas har stor påverkan på hur snabbt vi kan skära och hur mycket energi som används i processen. Till exempel, när man arbetar med 5 mm mjuk stål, fungerar hastigheter runt 8 meter per minut bra. Men när man stöter på tjockare stål, 20 mm, måste operatörerna sakta ner till cirka 1,2 m/min, bara för att undvika de irriterande kantvridningarna. Vad många ofta bortser från är ytbehandlingen. Rostfläckar eller ojämna beläggningar kan faktiskt få laserstrålen att avvika upp till en halv millimeter, vilket leder till alla slags dimensionsproblem senare. Att rengöra dessa belagda ytor innan arbetet börjar gör också en stor skillnad. Branschdata visar att denna enkla åtgärd förbättrar skärkonsistensen med cirka 30 procent och minskar samtidigt den irriterande slagg som komplicerar efterbehandlingen.
Fiberlasrar kan skära material i hastigheter som är cirka tre gånger så höga som vad traditionella CO2-system klarar, samtidigt som toleranserna hålls inom cirka 0,1 mm på svårare material som rostfria stål och aluminiumplåtar. Den fasta konstruktion som används i dessa lasrar innebär att de arbetar cirka 30 procent mer energieffektivt. Denna effektivitet översätts till rena snitt där materialet i princip smälter bort istället för att brännas, och mycket mindre värme påverkar de omgivande områdena. Om man tittar på faktiska siffror från fabriker i landet, rapporterar företag att de spar mellan 18 och 22 öre per komponent som är tillverkad av metaller som är tunnare än 25 mm. Inte undra på att så många plåtslagerier byter till fiberlaserteknologi för sina storskaliga produktionsbehov dessa dagar.
Ett stort namn inom bilkomponenter lyckades minska produktionstiden för chassikomponenter med nästan hälften när de bytte till 6 kW fiberlasrar för bearbetning av 2 till 8 mm kolstålsskivor. Det som är särskilt imponerande är hur dessa nya system i princip eliminerade behovet av efterbehandling i form av avrundning eftersom de ger rena snitt utan någon slaggbygge. Ytfinishen hamnar på cirka Ra 3,2 mikrometer, vilket är mycket jämnt. För tillverkare som kämpar med tidspressade scheman gör denna nivå av precision en stor skillnad, särskilt när bilverkstäderna ökar kraven på att uppfylla de stränga specifikationerna för elbilar där varje gram räknas och toleranserna är ytterst smala.
Allt fler företag inom flygindustrin har börjat använda fiberlasrar vid bearbetning av strukturdelar i aluminium, såsom delar som används för vingnervor och sektioner av fartygsskarar tillverkade av legeringen 7075-T6. Anledningen? Dessa lasrar arbetar vid en våglängd på cirka 1 070 nm, vilket hjälper till att minska problem med materialreflektivitet. Det innebär att de kan skära igenom plåtar med en tjocklek på 10 mm kontinuerligt med hastigheter på cirka 15 meter per minut och samtidigt hålla tjockleksvariationer under 0,5 %. Enligt senaste trender inkluderar nästan 9 av 10 nya flygplansdesign faktiskt någon form av laserhuggen aluminiumkomponent. Därför har tillgång till bra fibersystem blivit i stort sett oumbärlig för tillverkare som vill uppfylla de stränga kvalitetskraven enligt AS9100, som är standard i flygindustrin.
Kväve fungerar som en inaktiv hjälp gas vid tryck mellan 12 och 20 bar för att upprätthålla materialets motståndskraft mot korrosion. När detta sker förhindras oxidation och rena kanter bildas, vilket gör att dessa delar blir idealiska för saker som medicinska apparater eller komponenter som används inom livsmedelsindustrin. Ta 6 mm tjock 304 rostfri stål som exempel. Med en 2 kW fiberlaser som går cirka 10 till 12 meter per minut får vi vanligtvis en värmepåverkad zon som inte överstiger 0,1 mm. Enligt en nyligen publicerad studie i 2024 års rapport om metallbearbetning, kan det att byta från syrebaserade metoder till kvävehjälp minska de extra avslutande kostnaderna med cirka en tredjedel. Vissa viktiga parametrar som är värda att notera är:
Aluminiums höga reflektivitet (85–92 % vid våglängden 1 µm) kräver pulserade laserlägen för att förhindra strålavböjning. En 4 kW fiberlaser skär 8 mm 6061-T6 aluminium med en hastighet på 15 m/min med hjälp av komprimerad luft vid 6–8 bar. För att hantera värmeledningsförmågan:
Denna metod säkerställer en noggrannhet på ±0,05 mm, perfekt för precisionkomponenter som bilsystemets batteribänkar.
Skärning med syre är standard för kolstål över 3 mm, där den exoterma reaktionen ökar skärhastigheten med upp till 40 %. För 10 mm S355JR-stål vid 3 kW uppnås hastigheter på 8–10 m/min. Dock kan överdriven oxidation skapa slagg på undersidan. Effektiva åtgärder inkluderar:
För strukturella komponenter såsom I-balkar, hjälper hybridmetoder som kombinerar syreskärning med kvävets avslutande pass att uppfylla ISO 9013-standarder för dimensionell noggrannhet och kantkvalitet.
Laserskärning är en precisionsprocess där en kraftfull laserstråle används för att smälta, bränna eller förånga material för skärning.
Fiberlasrar erbjuder högre precision, bättre energieffektivitet och lägre underhållskostnader jämfört med CO2-lasrar.
Metaller såsom rostfritt stål, aluminium, segt stål, mässing och koppar är lämpliga för laserskärning på grund av sin värmeledningsförmåga och förmåga att absorbera laserenergi.
Materialtjocklek påverkar huggningshastighet och effektförbrukning. Tjockare material kräver ofta långsammare huggningshastigheter för att förhindra kantförvrängning.
EN
Hot News
