فناوری برش لیزر باید برای همه آشنا باشد. فناوری برش لیزر روشی پردازش است که از پرتو لیزر با چگالی بالا برای برش دقیق مواد استفاده می کند. این ماده به طور گسترده ای در پردازش مواد فلزی و غیر فلزی استفاده می شود. متداول ترین تجهیزات برش لیزر دستگاه های برش لیزر است.
دستگاه های برش لیزر از اصل برش لیزرها استفاده می کنند. هسته برش لیزر پرتو لیزر است که توسط یک لیزر با قدرت بالا تولید می شود. از طریق یک بازتابنده و سیستم لنز ، به ویژه یک لنز متمرکز ، پرتو در یک نقطه بسیار کوچک متمرکز شده است ، معمولاً با قطر فقط ده ها میکرون تا صدها میکرون ، در نتیجه چگالی انرژی بسیار بالایی بر روی سطح مواد فرآوری شده تشکیل می دهد.
تحت تابش لیزرهای با چگالی پر انرژی ، سطح مواد به سرعت تا هزاران نفر تا ده ها هزار درجه سانتیگراد گرم می شود و باعث می شود مواد ذوب شوند ، تبخیر شوند یا فوراً بسوزند. برای مواد فلزی ، ممکن است یک واکنش اکسیداسیون نیز وجود داشته باشد.
در فرآیند برش لیزر ، گازهای کمکی با فشار بالا (مانند اکسیژن ، نیتروژن ، آرگون یا هوای فشرده و غیره) اغلب در ترکیب استفاده می شوند. از یک طرف ، آنها به منفجر شدن مواد مذاب یا تبخیر کمک می کنند و از طرف دیگر ، آنها از ناحیه برش محافظت می کنند ، منطقه تحت تأثیر گرما را کاهش می دهند و کیفیت و سرعت برش را بهبود می بخشند.
پارامترهای اصلی فرآیند برش لیزر برش قدرت لیزر ، عرض برش ، سرعت برش و سرعت جریان گاز است. عوامل دیگر ، مانند کیفیت پرتو لیزر ، طول کانونی لنز ، Defocus و نازل نیز تأثیر زیادی در برش لیزر دارند.
(1) قدرت لیزر
برای خواص مواد ، اگر بازتاب سطح مواد زیاد باشد ، پس از آنکه لیزر سطح ماده را تابش می کند ، انرژی بیشتری به جای جذب مواد برای برش ، به عقب بازتاب می یابد. بنابراین ، برای اطمینان از انرژی کافی برای برش ، باید قدرت لیزر افزایش یابد. به طور مشابه ، اگر هدایت حرارتی مواد خوب باشد ، گرمای تولید شده توسط تابش لیزر به سرعت در داخل مواد انجام می شود و باعث می شود دمای ناحیه برش به یک سطح کافی برای برش برسد. در این حالت ، برای بهبود راندمان برش نیز باید قدرت لیزر افزایش یابد. علاوه بر این ، برش مواد با نقاط ذوب بالا نیز نیاز به قدرت لیزر و چگالی قدرت دارد. این امر به این دلیل است که مواد با نقاط ذوب بالا برای ذوب یا تبخیر آنها به انرژی بیشتری نیاز دارند و از این طریق به هدف برش می رسند.
(2) سرعت برش
در شرایط خاص قدرت ، هنگامی که ضخامت صفحه افزایش می یابد ، پرتو لیزر برای تکمیل برش نیاز به نفوذ در لایه های عمیق تر مواد دارد. مطالعات نشان داده اند که رابطه بین سرعت برش و ناهمواری سطح برش یک رابطه خطی ساده نیست ، اما روند تغییر U شکل را نشان می دهد. این بدان معنی است که برای مواد با ضخامت صفحه مختلف و شرایط مختلف فشار گاز برش ، یک نقطه سرعت برش بهینه وجود دارد. هنگام برش با این سرعت ، مقدار زبری سطح برش را می توان به حداقل رساند ، یعنی برش صاف ترین است. به طور کلی ، هرچه سرعت برش سریعتر باشد ، قدرت مورد نیاز بیشتر می شود.
(3) فشار گاز (جریان گاز)
در طی فرآیند برش ذوب ، پرتو لیزر مواد را به دمای ذوب گرم می کند. در این زمان ، گاز مایع را از بین برد تا برش ایجاد شود. فشار گاز باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا به طور مؤثر فلز مذاب را از بین ببرد و از تداوم برش و وضوح برش اطمینان حاصل کند. سرعت جریان گاز نیز مربوط به فرم نازل است. اشکال مختلف نازل اثرات متفاوتی در توزیع و مشخصات جریان گاز دارد ، بنابراین سرعت جریان گاز قابل اجرا نیز متفاوت خواهد بود. هنگام انتخاب نازل و تنظیم سرعت جریان گاز ، لازم است مطابق با الزامات خاص برش و خصوصیات مواد ، مطابقت و بهینه سازی شود.
(4) کیفیت پرتو ، طول کانونی لنز و Defocus
خروجی حالت پرتو توسط لیزر برای اثر برش بسیار مهم است. پرتو اساسی حالت عرضی (حالت 00) به دلیل قطر پرتو کوچک و انرژی متمرکز ، ایده آل ترین حالت پرتو در برش لیزر در نظر گرفته می شود. مطالعات تجربی نشان داده اند که عرض برش تقریباً برابر با قطر نقطه لیزر در برش غیر اکسیژن است. اندازه نقطه متناسب با فاصله کانونی لنزهای فوکوس است ، یعنی هرچه فاصله کانونی طولانی تر باشد ، نقطه بزرگتر می شود. هرچه فاصله کانونی کوتاه تر باشد ، نقطه کوچکتر است. با این حال ، اگرچه یک لنز با فاصله کانونی کوتاه می تواند یک نقطه کوچکتر را بدست آورد ، اما عمق کانونی آن نیز بر این اساس کاهش می یابد. هرچه عمق کانونی کوچکتر باشد ، نیاز از فاصله از سطح قطعه کار تا لنز را سخت تر می کند. مقدار Defocus تأثیر زیادی در سرعت برش و عمق برش دارد و باید در طی فرآیند برش بدون تغییر باقی بماند. به طور کلی ، مقدار defocus یک مقدار منفی است ، یعنی موقعیت تمرکز در یک نقطه خاص زیر سطح صفحه برش قرار می گیرد.
(5) نازل
نازل یک مؤلفه مهم است که بر کیفیت و کارآیی برش لیزر تأثیر می گذارد. برش لیزر به طور کلی از نازل کواکسیال (جریان هوا و محور نوری محور) استفاده می کند و قطر خروجی نازل باید با توجه به ضخامت صفحه انتخاب شود. علاوه بر این ، فاصله از نازل تا سطح قطعه کار نیز تأثیر زیادی در کیفیت برش دارد. برای اطمینان از پایداری روند برش ، این فاصله باید ثابت نگه داشته شود.
برش لیزر مواد صنعتی
(1) برش لیزر مواد فلزی
تقریباً تمام مواد فلزی در دمای اتاق از نور مادون قرمز بازتاب زیادی دارند. به عنوان مثال ، میزان جذب 1 0. 6μm لیزر دی اکسید کربن فقط 0.5 ~ 10 ٪ است. با این حال ، هنگامی که چگالی قدرت بیش از پرتوی متمرکز است ، سطح می تواند در میکرو ثانیه ها ذوب شود. میزان جذب بیشتر فلزات مذاب به شدت افزایش می یابد ، به طور کلی تا 80 ٪ 60 ٪. بنابراین ، لیزرهای دی اکسید کربن در بسیاری از شیوه های برش فلزی با موفقیت مورد استفاده قرار گرفته است.
حداکثر ضخامت صفحات فولادی کربن که توسط سیستم های برش لیزر مدرن کاهش می یابد از 2 {2} mm mm فراتر رفته است. درز برش صفحات فولادی کربن را می توان با استفاده از روش برش ذوب با کمک اکسیژن در محدوده عرض رضایت بخش کنترل کرد و درز برش صفحات فولادی نازک می تواند به اندازه حدود 0.1 میلی متر باریک باشد. برش لیزر یک روش پردازش مؤثر برای صفحات استیل ضدزنگ است. این منطقه می تواند منطقه تحت تأثیر گرما را در یک محدوده بسیار کوچک کنترل کند و از این طریق مقاومت به خوردگی آن را حفظ کند. بیشتر فولادهای ساختاری آلیاژ و فولادهای ابزار آلیاژ می توانند با برش لیزر کیفیت برش خوبی را بدست آورند.
آلیاژهای آلومینیوم و آلومینیوم با ذوب با کمک اکسیژن قابل برش نیستند. از مکانیسم برش ذوب باید استفاده شود. برش لیزر آلومینیوم برای غلبه بر بازتاب زیاد آن به لیزرهای طول موج 10.6μm ، به چگالی قدرت بسیار بالایی نیاز دارد. 1. 06μm طول موج لیزر YAG می تواند کیفیت برش و سرعت برش لیزر آلومینیوم را به دلیل میزان جذب زیاد آنها بهبود بخشد.
آلیاژهای تیتانیوم و تیتانیوم که معمولاً در صنعت تولید هواپیما مورد استفاده قرار می گیرند ، هنگام استفاده از اکسیژن به عنوان گاز کمکی ، واکنش های شیمیایی شدید دارند و سرعت برش سریع است ، اما به راحتی می توان یک لایه اکسید را در لبه برش تشکیل داد و حتی باعث سوزاندن آن نیز می شود.
استفاده از گاز بی اثر به عنوان یک گاز کمکی برای اطمینان از کیفیت برش ایمن تر است. بیشتر آلیاژهای مبتنی بر نیکل نیز می توانند با ذوب با کمک اکسیژن برش داده شوند. آلیاژهای مس و مس بسیار بازتاب دارند و اساساً با لیزرهای دی اکسید کربن 10.6μm نمی توان آنرا برش داد.
(2) برش لیزر مواد غیر فلزی
پرتو لیزر 10.6μm CO2 به راحتی توسط مواد غیر فلزی جذب می شود. بازتاب کم و دمای تبخیر آن تقریباً به تمام انرژی نور جذب شده اجازه می دهد تا وارد مواد شود و فوراً باعث ایجاد تبخیر سوراخ شود و وارد یک چرخه فضیلت از فرآیند برش شود. پلاستیک ، لاستیک ، چوب ، محصولات کاغذی ، چرم ، پارچه های طبیعی و سایر مواد آلی را می توان با لیزر برش داد. با این حال ، ضخامت چوب باید محدود باشد. ضخامت تخته های چوبی در فاصله 75 میلی متر است و ضخامت لمینت ها و تخته های تراشه چوب حدود 25 میلی متر است. در میان مواد معدنی ، کوارتز و سرامیک را می توان با لیزر برش داد. حالت دوم باید با شکستگی کنترل شده برش داده شود و از قدرت بالا نباید استفاده شود. شیشه و سنگ به طور کلی برای برش لیزر مناسب نیستند.
مواد دیگری که با روشهای معمولی مانند مواد کامپوزیت و کاربیدهای سیمانی دشوار هستند ، توسط لیزر برش داده می شوند ، اما مکانیسم های برش معقول و پارامترهای فرآیند باید از طریق آزمایش انتخاب شوند.
در کاربرد واقعی فناوری برش لیزر ، بهبود راندمان برش ، بهبود کیفیت برش و کاهش هزینه های برش یکی از مواردی است که ما اغلب باید در نظر بگیریم.
بهبود فناوری برش لیزر برای بهبود راندمان تولید ، کاهش کیفیت و کاهش هزینه ها می تواند از جنبه های زیر انجام شود:
1. با پیشرفت فناوری لیزر ، استفاده از لیزرهای با قدرت بالاتر (مانند 10 ، {3}} لیزر وات) می تواند سرعت برش را به میزان قابل توجهی افزایش دهد ، ضمن کاهش مناطق تحت تأثیر گرما و تغییر شکل مواد ، باعث می شود برش کارآمدتر و با کیفیت بهتر باشد ، به خصوص برای برش مواد ضخیم تر.
2. به طور منطقی پارامترهایی مانند قدرت لیزر ، سرعت برش ، نوع گاز کمکی و فشار و فاصله بین نازل و مواد را تنظیم کنید و بر اساس مواد خاص و نیازهای برش تنظیمات مفصلی ایجاد کنید. ترکیب پارامتر بهینه را از طریق چندین آزمایش برای بهبود راندمان و کیفیت برش پیدا کنید.
3. از طریق سیستم فوکوس اتوماتیک ، موقعیت فوکوس لیزر به طور خودکار با توجه به ضخامت مواد و نوع تنظیم می شود تا از دقت برش اطمینان حاصل شود.
4. با حرکت سریع سر برش به نقطه شروع برش بعدی ، زمان عدم برش را کاهش داده و راندمان کلی عملکرد را بهبود بخشید.
5. به طور خودکار لبه های مواد و زاویه های شیب را تشخیص دهید ، به طور خودکار مسیر برش را تنظیم کرده و ضایعات مواد و زمان پردازش را کاهش دهید.
6. از نرم افزار CNC برای شبیه سازی برش ، برنامه ریزی ساده ترین مسیر برش ، کاهش سکته های خالی و بهبود استفاده از مواد و سرعت برش استفاده کنید.
7. به طور مرتب دستگاه برش لیزر ، مانند تعویض پوشیدن قطعات ، تمیز کردن اجزای نوری ، تجهیزات کالیبراسیون و غیره را برای اطمینان از عملکرد پایدار طولانی مدت تجهیزات و حفظ عملکرد برش بهینه حفظ و خدمت کنید.
8. محیط کار دستگاه برش لیزر را با دمای مناسب و رطوبت متوسط تمیز نگه دارید تا از تأثیر گرد و غبار و رطوبت بیش از حد بر روی تجهیزات و اثر برش جلوگیری شود.
9. از سیستم ها و نرم افزارهای کنترل پیشرفته تر CNC برای بهبود دقت کنترل و سرعت پاسخ استفاده کنید و از کارهای برش پیچیده تری پشتیبانی کنید.
10. به پیشرفت های جدید در فن آوری لیزر ، مانند منابع لیزر کارآمدتر ، سیستم های نوری پیشرفته تر ، الگوریتم های نرم افزاری هوشمند و غیره ، توجه کنید تا به طور مداوم قابلیت های برش را بهبود بخشید.