Metalin lazer kesimi genellikle dört adımlı bir süreç izler ve işi ayrıntılarına indiğimizde oldukça ilginçleşir. İşlem, güçlü bir ışın yayan bir lazer rezonatörüyle başlar; bu ışın daha sonra CO2 gaz karışımları ya da özel fiber optik kablolar aracılığıyla güçlendirilir. Bundan sonraki aşama oldukça dikkat çekicidir. Aşırı derecede hassas mercekler, bu ışını bir saç telinden daha ince, yaklaşık 0,1 mm çapında bir alana odaklar. Bu yoğunlukta, güç yoğunluğu, Journal of Manufacturing Processes dergisinden gelen son araştırmalara göre, karbon çeliğini yarım milisaniye içinde eritebilecek olan santimetrekare başına 10 milyon watt'ı aşar. İşlemin son aşamasında ise yardımcı gazlar, örneğin oksijen ya da azot, erimiş metali üfleyerek kesimleri oldukça dar tutar. 3 mm kalınlığındaki paslanmaz çelik levhalarda bile kesme genişliğinin (kerf genişliği) 0,15 mm'ye kadar daralabildiğinden bahsediyoruz.
Beş temel sistem, hassasiyet ve verimliliği sağlamak için birlikte çalışır:
Bu entegrasyon, 1 mm kalınlığında yumuşak çelik üzerinde dakikada 60 metreye kadar kesme hızı sağlarken ±0,05 mm toleransları korur—otomotiv ve havacılık gibi yüksek hassasiyet gerektiren sektörler için hayati önem taşır.
Metal işleme endüstrisi bugün çoğunlukla üç ana lazer teknolojisiyle çalışmaktadır: CO2, fiber ve kristal tabanlı sistemler. CO2 lazerler, uyarılmak için gaz kullandıklarından dolayı daha kalın ferrous olmayan metalleri oldukça iyi işleyebilir. Fiber lazerler, optik fiberler aracılığıyla diyot ışığını kuvvetlendirdikleri için ince ile orta kalınlıktaki sac metal işlerinde pazarın çoğunu ele geçirmiştir. 2024 Endüstriyel Lazer Raporu'ndan elde edilen en son verilere göre fiber lazerler, geleneksel CO2 sistemlerine kıyasla yaklaşık iki ila üç kat daha hızlı hareket ederek 3 mm paslanmaz çeliği kesebilir. Nd:YAG modelleri de dahil olmak üzere kristal lazerler özellikle titanyum kesimi gibi çok özel alanlarda sıkışmış durumdadır; ancak bu sistemler artık çok fazla büyüme göstermemektedir çünkü çok fazla bakım ve onarım gerektirmektedir.
Fiber lazerler belirgin avantajlar sunmaktadır:
| Performans Metriği | Fiber Laser | Co2 laser |
|---|---|---|
| Kesme Hızı (1mm çelik) | 25 m/dk | 8 m/dk |
| Enerji Maliyeti/Ay* | 1.200 USD | $3.500 |
| Yardımcı Gaz Tüketimi | %15 daha düşük | Standart |
*500kW sistem, 24/5 çalışma süresine göre hesaplanmıştır
20 mm altında metal işleyen üreticiler için fiber lazerler, tüketim maliyetlerinin azalması ve %94 sistem kullanılabilirliği sayesinde 18–24 ay içinde yatırım geri dönüşü sağlar (2024 Metal İşleme Ekonomisi Araştırması). Karışık malzeme işleyen, akrilik veya ahşapla da çalışan işletmeler için CO2 sistemler hâlâ uygundur ancak metal kesim başına %50–70 daha fazla enerji tüketirler.
Lazer kesme, ısıyı tutarlı bir şekilde ileten ve lazer enerjisini öngörülebilir oranlarda absorbe eden metallerle en iyi şekilde çalışır. Paslanmaz çelik, alüminyum, yumuşak çelik, pirinç ve bakır bu kategoriye girer. Paslanmaz çelik, kolay kolay korozyona uğramadığı için öne çıkar; bu nedenle temizliğin önemli olduğu tıbbi cihazlarda ve gıda işleme makinelerinde yaygın olarak görülür. Alüminyumun hafifliği, uçak ve otomotiv sektörlerinde tercih edilir hale gelmiştir çünkü gram tasarrufu doğrudan performans artışına dönüşür. Pirinç ve bakır lazerle kesilmesi yaygın olmasa da elektrik sistemlerinde önemli roller oynar, yine de baş belası olabilirler. Bu metaller lazer ışınını yansıma eğilimindedir, bu yüzden operatörler çevre alanlara zarar vermeden temiz kesimler elde etmek için özel ekipman ve teknikler gerektirir.
| Metal Tipi | Tipik Kalınlık Aralığı | Temel Uygulama Alanları |
|---|---|---|
| Paslanmaz çelik | 0,5–25 mm | Tıbbi cihazlar, gıda işleme ekipmanları |
| Alüminyum | 0,5–20 mm | Otomotiv panelleri, ısı eşanjörleri |
| Bakır | 0,5–8 mm | Devre kartları, ısı değiştiriciler |
Bakır ve pirinç malzemelerle çalışırken karşılaşılan büyük bir sorun vardır çünkü bu metaller infrared lazer enerjisinin %90'ından fazlasını yansıtırlar. Bu yansıma, doğru şekilde yönetilmezse lazerin kendisine zarar verebilir. İşte bu noktada fiber lazerler devreye girer. Daha kısa bir dalga boyunda, yaklaşık 1.060 nanometre civarında çalıştıkları için ve ayrıca 'adaptif güç modülasyonu' adı verilen bir özelliğe sahip oldukları için bu işlemde daha iyi sonuç verirler. Örneğin 2 mm kalınlığında bakır plakaların kesilmesi işlemini ele alalım. Bu işlem, kesim sırasında oksidasyonun önüne geçmek için 500 Hz'in üzerinde bir darbe hızı ve ayrıca azot gazı destekli çalışma gerektirir. Tüm bu ekstra adımlar çelik kesmeye göre yaklaşık %15 ila %20 oranında fazla enerji kullanımına neden olsa da, çoğu üretici, doğruluk seviyelerini koruyabilmek ve pahalı ekipman yatırımlarını koruyabilmek adına bu durumu tercih etmektedir.
Üzerinde çalışılan malzemenin kalınlığı, kesme hızına ve süreçte kullanılan güce büyük etki eder. Örneğin, 5 mm galvanizli çelik ile çalışırken yaklaşık 8 metre/dakika hızlar iyi sonuç verir. Ancak daha kalın 20 mm çelik ile karşılaşıldığında, kenar bükülmelerini önlemek için operatörlerin hızı yaklaşık 1,2 m/dk'ya düşürmesi gerekir. İnsanların sıklıkla göz ardı ettiği bir diğer konu ise yüzey hazırlığıdır. Pas lekeleri ya da tutarsız kaplamalar, lazer ışınının yarım milimetre kadar sapmasına neden olabilir ve bu da sonrasında çeşitli boyut sorunlarına yol açar. Başlangıçtan önce kaplı yüzeyleri temizlemek, büyük bir fark yaratır. Sektörel veriler, bu basit adımın kesim tutarlılığını yaklaşık %30 artırırken, post-prosesi zorlaştıran sinerji birikimini de azalttığını göstermektedir.
Fiber lazerler, paslanmaz çelik ve alüminyum levhalar gibi zor malzemelerde toleransları yaklaşık 0.1mm içinde tutarak geleneksel CO2 sistemlerinin yaklaşık üç katı hızda malzeme kesebilir. Bu lazerlerin arkasındaki katı hal yapısı, enerji tüketimi açısından yaklaşık %30 daha verimli çalışması anlamına gelir. Bu verimlilik, malzemenin yanması yerine eriyerek temiz kesim yapılmasına ve çevre etkisinin çok daha az olmasına olanak tanır. Ülkedeki üretim tesislerinden gelen gerçek rakamlara baktığımızda, 25 mm'den daha ince metal parçalardan parça başına 18 ila 22 sent arasında tasarruf edildiği rapor ediliyor. Günümüzde birçok sac metal atölyesinin toplu üretim ihtiyaçları için fiber lazer teknolojisine geçmesi şaşırtıcı değil.
Otomotiv parçaları sektöründe önemli bir isim, 2 ila 8 mm kalınlığında karbon çelik sac malzemelerle çalışırken 6 kW fiber lazerlere geçiş yaparak şasi komponent üretim süresini neredeyse yarıya indirmeyi başardı. Yeni sistemler ayrıca, kesim sonrası fazladan çapak giderme işlemlerine neredeyse ihtiyaç kalmayacak kadar temiz kesimler gerçekleştirerek dikkat çekiyor. Yüzey pürüzlülüğü Ra 3.2 mikron seviyesinde kalıyor ki bu da oldukça pürüzsüz bir sonuç demek. Özellikle sıkı çizelgelerle çalışan üreticiler için bu tür hassasiyet büyük fark yaratıyor. Özellikle elektrikli araç üretimi için her gramın önemli olduğu ve toleransların çok dar olduğu bu süreçte, otomobil üreticilerinin zorlu teknik gereksinimlerini karşılamak adına bu düzeyde doğruluk çok kritik hale geliyor.
Daha fazla havacılık şirketi, kanat çıtalari ve 7075-T6 alaşımı ile yapılan gövde bölümleri gibi alüminyum yapı parçalarıyla çalışırken fiber lazerlere yönelmeye başladı. Bunun nedeni? Bu lazerler yaklaşık 1.070 nm dalga boyunda çalışarak malzeme yansıtıcılığı ile ilgili problemleri azaltmada yardımcı olur. Bu da 10 mm kalınlıktaki plakaları dakikada yaklaşık 15 metre hızla kesmeye ve kalınlık değişimlerini %0,5 altında tutmaya olanak tanır. Son trendlere baktığımızda günümüzde neredeyse her 10 yeni uçak tasarımından 9'unda aslında lazerle kesilmiş alüminyum komponentler yer alıyor. Sonuç olarak, üreticilerin havacılık sektöründe standart olan AS9100 kalite gereksinimlerini karşılamak istemeleri nedeniyle iyi fiber lazer sistemlerine erişim artık neredeyse zorunlu hale geldi.
Azot, malzemenin korozyona karşı direncini korumak amacıyla 12 ila 20 bar basınç aralığında inert yardımcı gaz olarak kullanılır. Bu durum gerçekleştiğinde oksidasyon önlenir ve temiz kenarlar oluşur. Bu da bu parçaları medikal cihazlar ya da gıda işleme endüstrisinde kullanılan bileşenler gibi alanlar için ideal hale getirir. Örnek olarak 6 mm kalınlığında 304 kalite paslanmaz çelik alalım. 10 ila 12 metre/dakika hız aralığında çalışan 2 kW fiber lazer ile tipik olarak 0.1 mm'den fazla olmayan ısıdan etkilenmiş bölge ölçülür. 2024 Metal İmalat Raporunda yayınlanan son araştırmalara göre, oksijen bazlı yöntemlerden azot yardımlı yöntemlere geçiş ekstra son işlem maliyetlerini yaklaşık üçte birine indirebilir. Dikkat edilmesi gereken bazı önemli parametreler şunlardır:
Alüminyumun yüksek yansıması (1 mikron dalga boyunda %85–92) ışın saptırılmasını önlemek için darbeli lazer modlarını gerektirir. 4 kW fiber lazer, 6–8 bar basınçlı hava kullanarak 15 m/dk'da 8 mm 6061-T6 alüminumu keser. Isı iletkenliğini yönetmek için:
Bu yöntem, ±0,05 mm hassasiyet sağlar ve otomotiv batarya tepsileri gibi hassas bileşenler için idealdir.
3 mm'den kalın karbon çelikler için oksijen destekli kesim standarttır; ekzotermik reaksiyon kesme hızını %40'a kadar artırır. 3 kW güçte 10 mm S355JR çeliği için hızlar 8–10 m/dk'ya ulaşır. Ancak aşırı oksidasyon, alt tarafta cüruf oluşturabilir. Etkili önlemler şunları içerir:
I-kesitli profiller gibi yapısal bileşenlerde, oksijen kesme ile nitrojen sonlandırma geçişlerinin birleştirildiği hibrit yöntemler, ISO 9013 standartlarına uygun boyutsal hassasiyet ve kenar kalitesi elde etmeye yardımcı olur.
Lazer kesme, güçlü bir lazer ışınının malzeme eritmek, yakmak veya buharlaştırmak amacıyla kullanıldığı bir kesme yöntemidir.
Fiber lazerler, CO2 lazerlere kıyasla daha yüksek hassasiyet, daha iyi enerji verimliliği ve daha düşük bakım maliyeti sunar.
Paslanmaz çelik, alüminyum, yumuşak çelik, pirinç ve bakır gibi metaller, ısı iletkenlikleri ve lazer enerjisini soğurabilme özellikleri nedeniyle lazer kesmeye uygundur.
Malzeme kalınlığı, kesme hızını ve enerji kullanımını etkiler. Daha kalın malzemelerin kesilmesi genellikle kenar bozulmasını önlemek için daha yavaş kesme hızları gerektirir.
Hot News
EN
