Tag: cięcie laserem

9 maja 2020 Wyłącz

Cięcie laserem – metody i materiały

przez Tomasz

Cięcie laserowe to technologia wykorzystująca laser do obróbki materiałów. Choć zwykle używany do produkcji przemysłowej, dzięki obniżeniu kosztów zaczyna być coraz częściej wykorzystywany przez szkoły, małe firmy i hobbystów. Polega ono na precyzyjnym kierowaniu wiązki lasera dużej mocy na materiał wzdłuż linii cięcia połączonym z usuwaniem materiału. Optyka laserowa połączona z komputerowym sterowaniem CNC przemieszczają albo głowicę tnąca, albo obrabiany materiał. W zależności od obrabianego materiału ten topi się, pali, odparowuje lub jest wydmuchiwany przez strumień gazu, pozostawiając krawędź cięcia o wysokiej jakości wykończenia powierzchni.

Odrobina historii cięcia laserem

Po raz pierwszy cięcie laserem wykorzystano w połowie lat 60. XX w. do wiercenia otworów w matrycach diamentowych, zaś z początkiem lat 70. cięcie tlenowe wspomagane wiązką laserową wprowadzono w przemyśle lotniczym do cięcia tytanu. Jednocześnie rozwijano metody cięcia niemetali laserami CO2.

Metody cięcia laserowego

Istnieje wiele różnych metod cięcia za pomocą lasera. Wynika to między innymi ze zróżnicowanej gamy materiałów, jakie można w ten sposób obrabiać. Należą do nich odparowywanie, topienie i wydmuchiwanie, pękanie pod naprężeniem termicznym, rysowanie, cięcie na zimno i stabilne cięcie laserem.

Cięcie przez odparowanie (vaporization cutting) ogniskuje wiązkę lasera ogrzewając powierzchnię obrabianego materiału do temperatury wrzenia tworząc zagłębienie. W jego obrębie dochodzi do nagłego wzrostu absorpcji energii i szybkiego pogłębienia otworu. Gdy ten pogłębia się, wytwarzane opary erodują stopione ściany, wydmuchując opary materiału i dalej pogłębiając otwór. Metodę tę stosuje się do materiałów, które się nie topią, takich jak drewno, węgiel i termoutwardzalne tworzywa sztuczne.

W procesie topienia i rozdmuchiwania (melt and blow) lub stapiania (fusion cutting) wiązce lasera towarzyszy strumień gazu pod wysokim ciśnieniem, który wydmuchuje stopiony materiał z obszaru cięcia. Znacząco zmniejsza to wymagania dotyczące mocy lasera. Materiał zostaje podgrzany do temperatury topnienia, a następnie strumień gazu wydmuchuje stopiony materiał ze szczeliny, unikając konieczności dalszego podwyższania temperatury. Ten rodzaj obróbki stosuje się przede wszystkim do metali.

Kruche materiały, takie jak szkło, są szczególnie wrażliwe na pękanie termiczne. Cechę tę wykorzystuje się do cięcia metodą pękania naprężeniowego (thermal stress cracking). Wiązka lasera zostaje punktowo skupiona, obrabiany materiał rozszerza się i pęka, a pęknięcie takie jest dalej sterowane przesunięciem wiązki.

Do oddzielania chipów mikroelektronicznych na waflach krzemowych służy laser pulsacyjny Nd: YAG, którego długość fali jest zbliżona do pasma przerwy energetycznej.

Cięcie reaktywne (reactive cutting) określane również jako „laserowe cięcie ze stabilizowanym spalaniem”oraz „cięciem płomieniem” przypomina cięcie palnikiem tlenowym, tu jednak wiązka laserowa stanowi źródło zapłonu. Najczęściej stosowane jest do cięcia stali węglowej o grubości powyżej 1 mm. Proces ten można wykorzystać do cięcia bardzo grubych blach stalowych przy stosunkowo małej mocy lasera.

Cięcie laserem to jednak z najbardziej uniwersalnych metod obróbki, posiadająca wiele zalet – do których należy zaliczyć jakość uzyskanych powierzchni cięcia i praktyczny brak zużywania się narzędzia tnącego.

Biznes zdjęcie utworzone przez pressfoto - pl.freepik.com