Ang pagputol ng mga metal gamit ang laser ay karaniwang sumusunod sa isang apat na hakbang na proseso na nagiging talagang kawili-wili kapag binigyan natin ito ng pagkakataon. Nagsisimula ang buong proseso sa pamamagitan ng laser resonator na gumagawa ng makapangyarihang sinag na karagdagang dinadagdagan ang lakas nito gamit ang CO2 gas mixtures o mga espesyal na fiber optic cables. Ang susunod na mangyayari ay talagang kahanga-hanga. Ang mga super tumpak na lente ang nagko-concentrate sa sinag na ito sa isang bagay na mas maliit pa sa isang hibla ng buhok, mga 0.1mm ang lapad. Sa ganitong antas ng lakas, ang power density ay umaabot sa higit sa sampung milyong watts bawat square centimeter, sapat upang matunaw ang carbon steel sa loob lamang ng kalahating millisecond ayon sa kamakailang pananaliksik mula sa Journal of Manufacturing Processes. Upang matapos ang gawain, ang mga tulungan tulad ng oxygen o nitrogen ang pumuputok sa natunaw na metal, nagbibigay-daan para sa napakatingkad na mga putol. Tinutukoy namin ang lapad ng mga putol na maaaring umabot sa 0.15mm pa man sa 3mm makapal na stainless steel sheets.
Lumipat sa isang pabrika ng pagmamanupaktura ng automotive na may mataas na kahusayan at kakayahang umangkop
Ang pagsasama ay nagpapahintulot sa bilis ng pagputol ng hanggang 60m/minuto sa 1mm mild steel habang pinapanatili ang ±0.05mm tolerances—mahalaga para sa mataas na kahusayan ng automotive at aerospace components.
Ang industriya ng metal fabrication ngayon ay kadalasang gumagana sa tatlong pangunahing teknolohiya ng laser: mga sistema na batay sa CO2, fiber, at kristal. Ang mga CO2 laser ay karaniwang nakakapagtrabaho nang maayos sa mas makapal na di-ferrous metals dahil ginagamit nila ang gas para sa excitation. Ang mga fiber laser naman ay kumukuha ng malaking bahagi ng merkado para sa manipis at katamtamang lapad ng sheet metal dahil pinapalakas nila ang diode light sa pamamagitan ng mga optical fiber. Ayon sa pinakabagong datos mula sa 2024 Industrial Laser Report, ang mga fiber laser ay makakaputol ng 3mm stainless steel nang dalawang hanggang tatlong beses na mas mabilis kaysa sa tradisyonal na CO2 setup. Ang mga kristal na laser tulad ng Nd:YAG ay nananatili lamang sa ilang tiyak na puwang tulad ng pagputol ng titanium, bagaman ang mga sistema na ito ay hindi na nakakakita ng malaking paglago dahil sa kailangan pa ng maraming maintenance at pagpapanatili.
Nag-aalok ang fiber lasers ng mga tiyak na bentahe:
| Sukatan ng Pagganap | Fiber Laser | Co2 laser |
|---|---|---|
| Bilis ng Pagputol (1mm na bakal) | 25 m/min | 8 m/min |
| Gastos sa Enerhiya/Buwan* | $1,200 | $3,500 |
| Tulong sa Pagkonsumo ng Gas | 15% na mas mababa | Standard |
*Base sa 500kW na sistema, 24/5 na operasyon
Para sa mga manufacturer na nagpoproseso ng metal na nasa ilalim ng 20mm, ang fiber lasers ay nagbibigay ng 18–24 na buwan na return on investment sa pamamagitan ng nabawasan na mga konsumable at 94% uptime (2024 Metalworking Economics Study). Samantala, ang CO2 systems ay mananatiling viable para sa mixed-material shops na nagha-handle ng acrylic o kahoy, ngunit ginagamit nila ang 50–70% na mas maraming enerhiya bawat pagputol ng metal.
Ang laser cutting ay gumagana ng pinakamahusay sa mga metal na nagkukwenta ng init nang naaayon at sumisipsip ng laser energy sa maasahang rate. Ang mga materyales tulad ng stainless steel, aluminum, mild steel, brass, at tanso ay kabilang sa kategoryang ito. Natatangi ang stainless steel dahil hindi madaling nakakaranas ng korosyon, kaya nga madalas itong nakikita natin sa mga medical device at makinarya sa pagproseso ng pagkain kung saan mahalaga ang kalinisan. Dahil naman sa magaan ng timbang, naging paboritong materyal ang aluminum para sa mga eroplano at kotse kung saan ang pagbawas ng timbang ay nagdudulot ng tunay na pagpapahusay sa pagganap. Hindi kasing-karaniwan na pinuputol ng laser ang brass at tanso, ngunit mahalaga pa rin ang kanilang papel sa mga electrical system kahit kasama ang mga problema na dulot nila. Ang mga metal na ito ay may posibilidad na sumalamin sa laser beam, kaya naman kailangan ng mga operador ng espesyal na kagamitan at teknika upang makakuha ng malinis na pagputol nang hindi nasasaktan ang paligid.
| Uri ng metal | Tipikal na Range ng Kapaligiran | Mga Pangunahing Lugar ng Aplikasyon |
|---|---|---|
| Stainless steel | 0.5–25 mm | Mga device medikal, kagamitan sa pagproseso ng pagkain |
| Aluminum | 0.5–20 mm | Mga panel ng sasakyan, heat sinks |
| Copper | 0.5–8 mm | Mga circuit board, heat exchangers |
Sa pagtratrabaho sa mga materyales na tanso at brass, may malaking problema dahil sa kanilang pagre-repel nang higit sa 90 porsiyento ng infrared laser energy. Ang pagmamaka-buo na ito ay maaaring saktan ang laser mismo kung hindi tama ang paghawak. Dito papasok ang fiber lasers. Mas epektibo ang gamit dito dahil sila ay gumagana sa mas maikling wavelength na nasa paligid ng 1,060 nanometers at mayroon silang tinatawag na adaptive power modulation na tumutulong sa pagkontrol. Halimbawa, sa pagputol ng 2mm makapal na tansong plato. Ang proseso ay nangangailangan ng pulse rates na mas mataas sa 500 Hz kasama ang tulong ng nitrogen gas upang pigilan ang oxidation habang nagpuputol. Bagama't ang mga dagdag na hakbang na ito ay nangangahulugan ng paggamit ng humigit-kumulang 15 hanggang 20 porsiyento ng mas maraming enerhiya kaysa sa pagputol ng asero, karamihan sa mga manufacturer ay nagsasabing sulit ang kapalit upang mapanatili ang antas ng katiyakan at maprotektahan ang kanilang mamahaling mga pamumuhunan sa kagamitan.
Ang kapal ng materyales na tinatrabaho ay may malaking epekto kung gaano kabilis natin ito mapuputol at kung gaano karaming enerhiya ang gagamitin sa proseso. Halimbawa, kapag nakikitungo sa 5mm mild steel, ang mga bilis na nasa paligid ng 8 metro bawat minuto ay gumagana nang maayos. Ngunit kapag nakaharap sa mas makapal na 20mm steel, kailangang bawasan ng mga operator ang bilis nang husto sa mga 1.2 m/min lang upang maiwasan ang mga nakakabigo at hindi magandang epekto sa gilid. Isa sa mga bagay na madalas nilalampasan ay ang paghahanda ng ibabaw. Ang mga bahid ng kalawang o hindi pare-parehong mga patong ay maaaring magpahilig sa sinag ng laser ng hanggang kalahating milimetro, na nagdudulot ng iba't ibang problema sa dimensyon sa susunod. Ang paglilinis sa mga ibabaw na may patong bago magsimula ay talagang nakakatulong. Ayon sa datos mula sa industriya, ang simpleng hakbang na ito ay nagpapataas ng pagkakapareho ng pagputol ng mga 30 porsiyento habang binabawasan din ang nakakainis na pagtubo ng slag na nagpapakomplikado sa post processing.
Ang mga fiber laser ay maaaring umputol ng mga materyales sa bilis na halos tatlong beses kung ano ang kayang gawin ng tradisyunal na CO2 system, habang pinapanatili ang toleransiya sa loob ng humigit-kumulang 0.1mm sa matitigas na materyales tulad ng hindi kinakalawang na asero at mga aluminum sheet. Ang solid state construction sa likod ng mga laser na ito ay nangangahulugan na gumagana ito nang humigit-kumulang 30 porsiyento nang higit na epektibo pagdating sa pagkonsumo ng kuryente. Isinasalin nito ang kahusayan sa mas malinis na mga putol kung saan ang materyal ay talagang natutunaw sa halip na nasusunog, at mas kaunting init ang nakakaapekto sa paligid na mga lugar. Kung titingnan ang mga tunay na numero mula sa mga manufacturing floor sa buong bansa, ang mga kompanya ay nag-uulat ng pagtitipid na nasa 18 hanggang 22 sentimo bawat parte na gawa sa mga metal na manipis kaysa 25mm kapal. Hindi nakakagulat kung bakit maraming mga shop ng sheet metal ang nagbabago patungo sa teknolohiya ng fiber laser para sa kanilang pangunahing pangangailangan sa produksyon ngayon.
Isang kilalang tatak sa pagmamanupaktura ng mga bahagi ng sasakyan ay nakapagbawas ng halos kalahati ng oras ng produksyon ng chassis sa pamamagitan ng paglipat sa 6kW na fiber laser para sa pagtrato sa 2 hanggang 8mm na carbon steel sheet. Ang talagang nakakaimpresyon ay ang pagkakaroon ng malinis na putol ng mga bagong sistema nang hindi nag-iwan ng dross, kaya't hindi na kailangan ang karagdagang deburring. Ang surface finish ay nasa paligid ng Ra 3.2 microns, na isang napakakinis na resulta. Para sa mga manufacturer na nakikipagtagisan sa masikip na iskedyul, ang ganitong antas ng katiyakan ay talagang mahalaga, lalo na sa kasalukuyang demanda sa electric vehicles kung saan ang bawat gramo ay mahalaga at ang toleransiya ay napakaliit.
Maraming kumpaniya sa aerospace ang nagsimulang gumamit ng fiber lasers sa pagtrato ng mga bahagi ng sasakyan na gawa sa aluminum tulad ng mga ginagamit sa wing ribs at ilang bahagi ng fuselage na gawa sa 7075-T6 alloy. Bakit? Dahil ang mga laser na ito ay gumagana sa humigit-kumulang 1,070 nm wavelength na nagtutulong upang mabawasan ang problema sa pagmumuling ng materyales. Ito ay nangangahulugan na maaari nilang putulin nang maayos ang mga plate na may kapal na 10mm sa bilis na humigit-kumulang 15 metro bawat minuto habang pinapanatili ang pagkakaiba-iba ng kapal sa ilalim ng 0.5%. Ayon sa mga bagong uso, halos 9 sa bawat 10 bagong disenyo ng eroplano ngayon ay mayroong bahagi na gawa sa aluminum na pinutol ng laser. Dahil dito, mahalaga na magkaroon ng maayos na fiber laser system ang mga tagagawa kung nais nilang matugunan ang mahigpit na AS9100 quality requirements na karaniwang ginagamit sa industriya ng aerospace.
Ang nitrogen ay ginagamit bilang inert na gas na may presyon na nasa pagitan ng 12 at 20 bar upang mapanatili ang paglaban ng materyales sa korosyon. Kapag nangyari ito, napipigilan ang oksihenasyon at nabubuo ang malinis na mga gilid, kaya ang mga bahaging ito ay mainam para sa mga bagay tulad ng mga medikal na device o mga bahagi na ginagamit sa industriya ng pagproseso ng pagkain. Isipin ang 304 grade na stainless steel na may kapal na 6mm. Gamit ang 2kW na fiber laser na tumatakbo nang humigit-kumulang 10 hanggang 12 metro bawat minuto, karaniwang nakikita namin ang heat affected zone na hindi lalampas sa 0.1mm. Ayon sa kamakailang pananaliksik na nailathala sa 2024 Metal Fabrication Report, ang paglipat mula sa mga pamamaraong batay sa oksiheno patungo sa tulong ng nitrogen ay maaaring bawasan ang mga karagdagang gastos sa pagtatapos ng produkto ng halos isang ikatlo. Ilan sa mga mahahalagang parameter na nararapat tandaan ay:
Ang mataas na pagmuni-muni ng aluminum (85–92% sa 1µm na haba ng daluyong) ay nangangailangan ng mga pulso ng laser upang maiwasan ang paglihis ng sinag. Ang isang 4kW na fiber laser ay nakakaputol ng 8mm 6061-T6 aluminum sa 15 m/min gamit ang naka-compress na hangin sa 6–8 bar. Upang pamahalaan ang pagkakalat ng init:
Ang diskarteng ito ay nagsisiguro ng ±0.05mm na katiyakan, perpekto para sa mga bahagi ng sasakyan tulad ng mga tray ng baterya.
Ang pagputol na may tulong ng oksiheno ay karaniwan para sa carbon steel na higit sa 3mm, kung saan ang eksotermikong reaksiyon ay nagdaragdag ng bilis ng pagputol ng hanggang 40%. Para sa 10mm S355JR steel sa 3kW, ang mga bilis ay umaabot sa 8–10 m/min. Gayunpaman, ang labis na oksihenasyon ay maaaring magdulot ng dross sa ilalim. Ang epektibong pagbawas ay kinabibilangan ng:
Para sa mga structural component tulad ng I-beams, ang mga hybrid method na pinagsama ang oxygen cutting at nitrogen finishing passes ay makatutulong upang matugunan ang ISO 9013 standards para sa dimensional accuracy at kalidad ng gilid.
Ang laser cutting ay isang prosesong eksakto kung saan ginagamit ang makapangyarihang sinag ng laser upang matunaw, masunog, o umapaw ang materyales para sa pagputol.
Nag-aalok ang fiber lasers ng mas mataas na eksakto, mas mabuting kahusayan sa enerhiya, at mas mababang gastos sa pagpapanatili kumpara sa CO2 lasers.
Mga metal tulad ng stainless steel, aluminum, mild steel, brass, at tanso ay angkop para sa laser cutting dahil sa kanilang conductivity ng init at kakayahang sumipsip ng enerhiya ng laser.
Nakakaapekto ang kapal ng materyales sa bilis ng pagputol at paggamit ng kuryente. Kadalasang nangangailangan ng mas mabagal na bilis ng pagputol ang mas makapal na materyales upang maiwasan ang pagkabaluktot ng gilid.
EN
Hot News
