Διάφορες μέθοδοι κοπής της μηχανής κοπής λέιζερ

Η κοπή με λέιζερ είναι μια μέθοδος επεξεργασίας χωρίς επαφή με υψηλή ενέργεια και καλή δυνατότητα πυκνότητας. Το σημείο λέιζερ με υψηλή ενεργειακή πυκνότητα σχηματίζεται μετά την εστίαση της δέσμης λέιζερ, η οποία έχει πολλά χαρακτηριστικά όταν χρησιμοποιείται στην κοπή. Υπάρχουν τέσσερις διαφορετικοί τρόποι κοπής με λέιζερ για την αντιμετώπιση διαφορετικών καταστάσεων.

1. Λειωμένη κοπή 

Στην κοπή τήξης με λέιζερ, το λιωμένο υλικό εκτοξεύεται μέσω ροής αέρα αφού το τεμάχιο εργασίας λιώσει τοπικά. Επειδή η μεταφορά του υλικού συμβαίνει μόνο στην υγρή του κατάσταση, αυτή η διαδικασία ονομάζεται κοπή με τήξη με λέιζερ.
Η δέσμη λέιζερ με αδρανές αέριο κοπής υψηλής καθαρότητας κάνει το λιωμένο υλικό να αφήνει τη σχισμή, ενώ το ίδιο το αέριο δεν εμπλέκεται στην κοπή. Η κοπή με τήξη λέιζερ μπορεί να έχει μεγαλύτερη ταχύτητα κοπής από την κοπή αεριοποίησης. Η ενέργεια που απαιτείται για την αεριοποίηση είναι συνήθως υψηλότερη από την ενέργεια που απαιτείται για να λιώσει το υλικό. Στην κοπή με τήξη λέιζερ, η δέσμη λέιζερ απορροφάται μόνο εν μέρει. Η μέγιστη ταχύτητα κοπής αυξάνεται με την αύξηση της ισχύος του λέιζερ και μειώνεται σχεδόν αντίστροφα με την αύξηση του πάχους της πλάκας και της θερμοκρασίας τήξης του υλικού. Στην περίπτωση συγκεκριμένης ισχύος λέιζερ, ο περιοριστικός παράγοντας είναι η πίεση του αέρα στη σχισμή και η θερμική αγωγιμότητα του υλικού. Για υλικά σιδήρου και τιτανίου, η κοπή τήγματος λέιζερ μπορεί να αποκτήσει εγκοπές χωρίς οξείδωση. Για τα υλικά από χάλυβα, η πυκνότητα ισχύος του λέιζερ είναι μεταξύ 104w / cm2 και 105W / cm2.

2. Κοπή εξάτμισης

Κατά τη διαδικασία κοπής με αεριοποίηση λέιζερ, η ταχύτητα της θερμοκρασίας της επιφάνειας του υλικού που ανεβαίνει στο σημείο βρασμού είναι τόσο γρήγορη που μπορεί να αποφύγει τη τήξη που προκαλείται από τη θερμική αγωγή, οπότε ορισμένα υλικά εξατμίζονται στον ατμό και εξαφανίζονται και ορισμένα υλικά διοχετεύονται μακριά κάτω μέρος της ραφής κοπής με βοηθητική ροή αερίου ως εκτόξευση. Σε αυτήν την περίπτωση απαιτείται πολύ υψηλή ισχύς λέιζερ.

Προκειμένου να αποφευχθεί η συμπύκνωση των ατμών υλικού στο τοίχωμα της σχισμής, το πάχος του υλικού δεν πρέπει να είναι πολύ μεγαλύτερο από τη διάμετρο της δέσμης λέιζερ. Αυτή η διαδικασία είναι επομένως κατάλληλη μόνο για εφαρμογές όπου πρέπει να αποφεύγεται η αποβολή λιωμένων υλικών. Στην πραγματικότητα, η διαδικασία χρησιμοποιείται μόνο σε ένα πολύ μικρό πεδίο χρήσης κραμάτων με βάση το σίδηρο.

Η διαδικασία δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για υλικά όπως το ξύλο και κάποια κεραμικά, τα οποία δεν είναι σε τετηγμένη κατάσταση και είναι απίθανο να επιτρέψουν την ανασύνθεση των ατμών του υλικού. Επιπλέον, αυτά τα υλικά συνήθως πρέπει να επιτύχουν πιο παχύ κόψιμο. Στην κοπή με αεριοποίηση λέιζερ, η βέλτιστη εστίαση της δέσμης εξαρτάται από το πάχος του υλικού και την ποιότητα της δέσμης. Η ισχύς του λέιζερ και η θερμότητα εξάτμισης έχουν μόνο μια ορισμένη επίδραση στη βέλτιστη εστιακή θέση. Η μέγιστη ταχύτητα κοπής είναι αντιστρόφως ανάλογη με τη θερμοκρασία αεριοποίησης του υλικού όταν το πάχος της πλάκας είναι σταθερό. Η απαιτούμενη πυκνότητα ισχύος λέιζερ είναι μεγαλύτερη από 108W / cm2 και εξαρτάται από το υλικό, το βάθος κοπής και τη θέση εστίασης της δέσμης. Στην περίπτωση συγκεκριμένου πάχους της πλάκας, υποθέτοντας ότι υπάρχει αρκετή ισχύς λέιζερ, η μέγιστη ταχύτητα κοπής περιορίζεται από την ταχύτητα εκτόξευσης αερίου.

3. Ελεγχόμενη κοπή κατάγματος

Για εύθραυστα υλικά που είναι εύκολο να καταστραφούν από τη θερμότητα, η υψηλή ταχύτητα και η ελεγχόμενη κοπή με θέρμανση με δέσμη λέιζερ ονομάζεται ελεγχόμενη κοπή κατάγματος. Το κύριο περιεχόμενο αυτής της διαδικασίας κοπής είναι: η δέσμη λέιζερ θερμαίνει μια μικρή περιοχή εύθραυστου υλικού, γεγονός που προκαλεί μεγάλη θερμική κλίση και σοβαρή μηχανική παραμόρφωση σε αυτόν τον τομέα, οδηγώντας στο σχηματισμό ρωγμών στο υλικό. Όσο διατηρείται η ομοιόμορφη κλίση θέρμανσης, η δέσμη λέιζερ μπορεί να καθοδηγήσει τη δημιουργία ρωγμών προς οποιαδήποτε επιθυμητή κατεύθυνση.

4. Κόψιμο τήξης οξείδωσης (κοπή φλόγας λέιζερ)

Γενικά, αδρανές αέριο χρησιμοποιείται για τήξη και κοπή. Αν χρησιμοποιηθεί οξυγόνο ή άλλο ενεργό αέριο, το υλικό θα αναφλεγεί κάτω από την ακτινοβολία της δέσμης λέιζερ και θα δημιουργηθεί άλλη πηγή θερμότητας λόγω της έντονης χημικής αντίδρασης με οξυγόνο για περαιτέρω θέρμανση του υλικού, το οποίο ονομάζεται τήξη και κοπή οξείδωσης .

Εξαιτίας αυτού του αποτελέσματος, ο ρυθμός κοπής δομικού χάλυβα με το ίδιο πάχος μπορεί να είναι υψηλότερος από αυτόν της κοπής τήξης. Από την άλλη πλευρά, η ποιότητα της τομής μπορεί να είναι χειρότερη από αυτή της κοπής τήγματος. Στην πραγματικότητα, θα παράγει ευρύτερες σχισμές, εμφανή τραχύτητα, αυξημένη ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα και χειρότερη ποιότητα άκρων. Η κοπή φλόγας λέιζερ δεν είναι καλή για την κατεργασία μοντέλων ακριβείας και αιχμηρών γωνιών (υπάρχει κίνδυνος καύσης των αιχμηρών γωνιών). Τα λέιζερ λειτουργίας παλμού μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον περιορισμό των θερμικών επιδράσεων και η ισχύς του λέιζερ καθορίζει την ταχύτητα κοπής. Στην περίπτωση συγκεκριμένης ισχύος λέιζερ, ο περιοριστικός παράγοντας είναι η παροχή οξυγόνου και η θερμική αγωγιμότητα του υλικού.


Postρα δημοσίευσης: 21 Δεκεμβρίου 2020