D'Aféierung vun Laser opzedeelen

Laser Ausschneiden ass eng Technologie déi e Laser benotzt fir Materialien ze verdampen, wat zu engem geschniddene Rand resultéiert.Wärend typesch fir industriell Fabrikatiounsapplikatiounen benotzt gëtt, gëtt et elo vu Schoulen, kleng Geschäfter, Architektur an Hobbyisten benotzt.Laser opzedeelen funktionnéiert andeems d'Ausgab vun engem High-Power Laser am meeschten duerch Optik geleet gëtt.D'Laseroptik an d'CNC (Computer numeresch Kontroll) gi benotzt fir de Laserstrahl op d'Material ze riichten.E kommerziellen Laser fir Material ze schneiden benotzt e Bewegungssteuersystem fir e CNC oder G-Code vum Muster ze verfollegen fir op d'Material ze schneiden.De fokusséierte Laserstrahl ass op d'Material geriicht, dat dann entweder schmëlzt, verbrennt, verdampft oder duerch e Gasstrahl ewechgesprengt gëtt, [1] e Rand mat engem héichqualitativen Uewerflächefinanz hannerloosst.

Geschicht
Am Joer 1965 gouf déi éischt Produktioun Laser Schneidmaschinn benotzt fir Lächer an Diamantstierwen ze bueren.Dës Maschinn gouf vum Western Electric Engineering Research Center gemaach.[3]Am Joer 1967 hunn d'Briten d'Laser-assistéiert Sauerstoffstrahlschneide fir Metaller Pionéier gemaach.[4]Am fréien 1970er gouf dës Technologie a Produktioun gesat fir Titan fir Raumfaartapplikatiounen ze schneiden.Zur selwechter Zäit goufen CO2 Laser ugepasst fir Net-Metaller, wéi Textilien, ze schneiden, well CO2 Laser zu där Zäit net staark genuch waren fir d'thermesch Konduktivitéit vu Metaller ze iwwerwannen.[5]

Prozess

Industriell Laser opzedeelen Stol mat opzedeelen Uweisungen duerch d'CNC Interface programméiert
Laserstrahl ass allgemeng fokusséiert mat enger héichqualitativer Lens op der Aarbechtszone.D'Qualitéit vum Strahl huet en direkten Impakt op déi fokusséiert Fleckgréisst.De schmuelsten Deel vum fokusséierte Strahl ass normalerweis manner wéi 0,0125 Zoll (0,32 mm) Duerchmiesser.Ofhängeg vun der Materialdicke sinn Kerfbreeten esou kleng wéi 0,004 Zoll (0,10 mm) méiglech.[6]Fir fäeg ze schneiden vun iergendwou anescht wéi de Rand, gëtt virun all Schnëtt e Pierce gemaach.Piercing involvéiert normalerweis en héichkraaft gepulste Laserstrahl, dee lues a lues e Lach am Material mécht, dauert ongeféier 5-15 Sekonnen fir 0,5 Zoll-déck (13 mm) Edelstol, zum Beispill.

Déi parallele Strahle vu kohärentem Liicht vun der Laserquell falen dacks am Duerchmiesser tëscht 0,06–0,08 Zoll (1,5–2,0 mm).Dëse Strahl gëtt normalerweis vun enger Lens oder engem Spigel fokusséiert a verstäerkt op e ganz klenge Fleck vu ronn 0,001 Zoll (0,025 mm) fir e ganz intensiven Laserstrahl ze kreéieren.Fir déi glatst méiglech Finish beim Konturschneiden z'erreechen, muss d'Richtung vun der Strahlpolariséierung rotéiert ginn wéi se ronderëm d'Peripherie vun engem konturéierten Werkstéck geet.Fir Blech ze schneiden ass d'Brennwäit normalerweis 1,5–3 Zoll (38–76 mm).[7]

Virdeeler vun Laser opzedeelen iwwer mechanesch opzedeelen och méi einfach workholding a reduzéiert Kontaminatioun vun workpiece (well et kee opzedeelen Wäitschoss ass, datt duerch d'Material kontaminéiert ginn oder d'Material kontaminéiert ginn).Präzisioun ka besser sinn, well de Laserstrahl net während dem Prozess trait.Et gëtt och eng reduzéiert Chance vun warping d'Material datt geschnidde gëtt, wéi Laser Systemer hunn eng kleng Hëtzt-betraff Zone.[8]E puer Materialien sinn och ganz schwéier oder onméiglech fir méi traditionell Mëttelen ze schneiden.

Laser opzedeelen fir Metaller huet d'Virdeeler iwwer Plasma opzedeelen méi präzis ze sinn [9] a manner Energie benotzen wann Blech Metal opzedeelen;allerdéngs, déi meescht industriell Laser kënnen net duerch déi gréisser Metalldicke schneiden déi Plasma kann.Méi nei Lasermaschinnen, déi mat méi héijer Kraaft operéieren (6000 Watt, am Géigesaz zu de fréie Laserschneidemaschinnen '1500 Watt Bewäertungen) kommen op Plasma Maschinnen an hirer Fäegkeet duerch déck Materialien ze schneiden, awer d'Kapitalkäschte vun esou Maschinnen si vill méi héich wéi déi vu Plasma. opzedeelen Maschinnen kapabel décke Material wéi Stol Plack ze schneiden.[10]

Zorte

4000 Watt CO2 Laser Cutter
Et ginn dräi Haaptarten vu Laser, déi am Laserschneiden benotzt ginn.Den CO2 Laser ass gëeegent fir Ausschneiden, Langweilen a Gravuren.D'Neodym (Nd) an Neodymium Yttrium-Aluminium-Garnet (Nd: YAG) Laser sinn identesch am Stil an ënnerscheede sech nëmmen an der Uwendung.Nd gëtt fir langweileg benotzt a wou héich Energie awer geréng Widderhuelung erfuerderlech ass.Den Nd:YAG Laser gëtt benotzt wou ganz héich Kraaft gebraucht gëtt a fir langweileg a Gravuren.Béid CO2 an Nd/Nd:YAG Laser kënne fir Schweißen benotzt ginn.[11]

CO2 Laser ginn allgemeng "gepompelt" andeems en Stroum duerch d'Gasmix passéiert (DC-excitéiert) oder Radiofrequenzenergie benotzt (RF-excitéiert).D'RF Method ass méi nei a gouf méi populär.Zënter DC Designen erfuerderen Elektroden an der Huelraim, kënne se Elektrodeerosioun a Plackéierung vun Elektrodenmaterial op Glasware an Optik begéinen.Zënter RF Resonatoren extern Elektroden hunn si se net ufälleg fir dës Probleemer.CO2 Laser gi fir industriell Ausschneiden vu ville Materialien benotzt, dorënner Titan, Edelstol, mëll Stahl, Aluminium, Plastik, Holz, Konstruéiert Holz, Wax, Stoffer a Pabeier.YAG Laser ginn haaptsächlech benotzt fir Metaller a Keramik ze schneiden an ze schreiwen.[12]

Zousätzlech zu der Stroumquell kann d'Zort vu Gasfloss och d'Leeschtung beaflossen.Gemeinsam Varianten vun CO2 Laser enthalen séier axial Flux, lues axial Flux, transversal Flux, a Plack.An engem schnelle axiale Stroumresonator gëtt d'Mëschung aus Kuelendioxid, Helium a Stickstoff mat héijer Geschwindegkeet duerch eng Turbin oder Blower zirkuléiert.Transversal Stroumlaser zirkuléieren d'Gasmëschung mat enger méi niddereger Geschwindegkeet, erfuerdert e méi einfache Blower.Placke- oder Diffusiounsgekillte Resonatoren hunn e statesche Gasfeld dat keng Drock oder Glasware erfuerdert, wat zu Spueren op Ersatzturbinen a Glaswierk féiert.

De Lasergenerator an d'extern Optik (och d'Fokuslens) erfuerderen Ofkillung.Ofhängeg vun der Systemgréisst an der Konfiguratioun kann Offallwärmung duerch e Kühlmëttel oder direkt an d'Loft transferéiert ginn.Waasser ass en allgemeng benotzte Kältemëttel, normalerweis duerch e Chiller oder Wärmetransfersystem zirkuléiert.

Laser Mikrojet ass e Waasserjet guidéiert Laser, an deem e gepulste Laserstrahl an e Low-Drock Waasserjet gekoppelt ass.Dëst gëtt benotzt fir Laserschneidfunktiounen ze maachen wärend de Waasserstrahl benotzt fir de Laserstrahl ze guidéieren, sou wéi eng optesch Faser, duerch total intern Reflexioun.D'Virdeeler dovun sinn datt d'Waasser och Schutt läscht an d'Material killt.Zousätzlech Virdeeler iwwer traditionell "dréchen" Laser opzedeelen sinn héich dicing Vitesse, parallel kerf, an omnidirectional opzedeelen.[13]

Fiber Laser sinn eng Zort Solid State Laser déi séier an der Metallschneidindustrie wiisst.Am Géigesaz zu CO2 benotzt Fibertechnologie e festen Gewënnmedium, am Géigesaz zu engem Gas oder Flëssegkeet.De "Seed Laser" produzéiert de Laserstrahl a gëtt dann an enger Glasfaser verstäerkt.Mat enger Wellelängt vun nëmmen 1064 Nanometer Faserlaser produzéieren eng extrem kleng Fleckgréisst (bis zu 100 Mol méi kleng am Verglach zum CO2), wat et ideal mécht fir reflektiv Metallmaterial ze schneiden.Dëst ass ee vun den Haaptvirdeeler vu Fiber am Verglach zum CO2.[14]

Fiber Laser Cutter Virdeeler enthalen: -

Rapid Veraarbechtung mol.
Reduzéiert Energieverbrauch & Rechnungen - wéinst méi Effizienz.
Méi Zouverlässegkeet a Leeschtung - keng Optik fir unzepassen oder ausriichten a keng Luuchten ze ersetzen.
Minimal Ënnerhalt.
D'Fäegkeet fir héichreflektiv Materialien wéi Kupfer a Messing ze veraarbecht
Méi héich Produktivitéit - manner Operatiounskäschte bidden e méi héije Rendement op Är Investitioun.[15]

Methoden
Et gi vill verschidde Methoden fir Laser ze schneiden, mat verschiddenen Aarte benotzt fir verschidde Material ze schneiden.E puer vun de Methoden sinn Verdampfung, Schmelz a Schlag, Schmelz Schlag a Verbrennung, thermesch Stress knacken, Schreiwen, Kale Schneiden a Verbrenne stabiliséiert Laser Schneiden.

Verdampfung ze schneiden
Beim Verdampfungsschneid erhëtzt de fokusséierte Strahl d'Uewerfläch vum Material op de Flashpointpunkt a generéiert e Schlësselloch.D'Schlësselloch féiert zu enger plötzlecher Erhéijung vun der Absorptiounsfäegkeet, déi d'Lach séier verdéift.Wéi d'Lach verdéift an d'Material kacht, erodéiert Damp generéiert déi geschmollte Maueren, déi erausgoen an d'Lach weider vergréisseren.Net-Schmelzmaterial wéi Holz, Kuelestoff an thermoset Plastik ginn normalerweis mat dëser Methode geschnidden.
Schmelzen a blosen
Schmelz a Schlag oder Fusiounsschneid benotzt Héichdrockgas fir geschmollte Material aus dem Schneidberäich ze blosen, wat d'Kraaftbedarf staark reduzéiert.Als éischt gëtt d'Material op de Schmelzpunkt erhëtzt, dann bléist e Gasstrahl dat geschmollte Material aus dem Kerf, wat d'Noutwennegkeet vermeit fir d'Temperatur vum Material weider ze erhéijen.Mat dësem Prozess geschnidden Materialien sinn normalerweis Metaller.

Thermesch Stress Rëss
Brécheg Materialien si besonnesch empfindlech op thermesch Fraktur, eng Feature déi am thermesche Stressrëss exploitéiert gëtt.E Strahl ass op d'Uewerfläch fokusséiert a verursaacht lokal Heizung an thermesch Expansioun.Dëst féiert zu engem Rëss, deen dann duerch Beweegung vum Strahl guidéiert ka ginn.D'Krack kann an Uerdnung vun m / s geréckelt ginn.Et gëtt normalerweis beim Ausschneiden vu Glas benotzt.

Stealth Wierfel vun Silicon wafers
Weider Informatiounen: Wafer Wierfel
D'Trennung vu mikroelektronesche Chips wéi virbereet an der Fabrikatioun vun Halbleitergeräter aus Siliziumwafers kann duerch de sougenannte Stealth-Dising-Prozess ausgeführt ginn, dee mat engem pulséierten Nd:YAG-Laser operéiert, deem seng Wellelängt (1064 nm) gutt un den elektroneschen ugepasst ass. Band Spalt vum Silizium (1,11 eV oder 1117 nm).

Reaktiv Ausschneiden
Och genannt "Verbrenne stabiliséiert Laser Gas opzedeelen", "Flam opzedeelen".Reaktiv Ausschneiden ass wéi Sauerstofffackelschneiden awer mat engem Laserstrahl als Zündquell.Meeschtens benotzt fir Kuelestol an Dicken iwwer 1 mm ze schneiden.Dëse Prozess ka benotzt ginn fir ganz déck Stahlplacke mat relativ wéineg Laserkraaft ze schneiden.

Toleranzen an Surface Finish
Laser Cutters hunn eng Positionéierungsgenauegkeet vun 10 Mikrometer a Widderhuelbarkeet vu 5 Mikrometer.[Zitatioun gebraucht]

Standard roughness Rz vergréissert mat der Blat deck, mee reduzéiert mat Laser Muecht an opzedeelen Vitesse.Wann Dir niddereg Kuelestoff Stahl mat Laserkraaft vun 800 W schneiden, ass d'Standardrauheet Rz 10 μm fir Blechdicke vun 1 mm, 20 μm fir 3 mm, an 25 μm fir 6 mm.

{\displaystyle Rz={\frac {12.528\cdot S^{0.542}}{P^{0.528}\cdot V^{0.322}}}}{\displaystyle Rz={\frac {12.528\cdot S^{0.542 }}{P^{0.528}\cdot V^{0.322}}}}
Wou: {\displaystyle S=}S= Stahlblechdicke an mm;{\displaystyle P=}P= Laserkraaft a kW (e puer nei Laserschneider hunn Laserkraaft vu 4 kW);{\displaystyle V=}V= Schneidgeschwindegkeet a Meter pro Minutt.[16]

Dëse Prozess ass fäeg fir zimlech no Toleranzen ze halen, dacks op 0,001 Zoll (0,025 mm).Deel Geometrie an déi mechanesch Soundness vun der Maschinn hu vill mat Toleranz Fäegkeeten ze maachen.Déi typesch Uewerflächefinanz, déi aus Laserstrahlschneid resultéiert, ka vun 125 bis 250 Mikro-Zoll (0,003 mm bis 0,006 mm) variéieren.[11]

Maschinn Konfiguratiounen

Dual-Palette fléien Optik Laser

Flying Optik Laser Kapp
Et ginn allgemeng dräi verschidde Konfiguratiounen vun industrielle Laser-Schneidmaschinnen: bewegt Material, Hybrid a fléien Optiksystemer.Dës bezéie sech op d'Art a Weis wéi de Laserstrahl iwwer d'Material bewegt gëtt fir ze schneiden oder ze veraarbecht.Fir all dës sinn d'Bewegungsachsen typesch X- an Y-Achs bezeechent.Wann de Schneidkapp kontrolléiert ka ginn, gëtt en als Z-Achs bezeechent.

Beweegt Material Laser hunn e stationäre Schneidkapp a réckelen d'Material drënner.Dës Method gëtt eng konstant Distanz vum Laser Generator zu der workpiece an engem eenzege Punkt aus deem opzedeelen effluent ewechzehuelen.Et erfuerdert manner Optik, awer erfuerdert d'Bewegung vum Werkstück.Dëse Stil Maschinn tendéiert déi mannste Strahl Liwwerung Optik ze hunn, awer tendéiert och déi luesst.

Hybrid Laser bidden en Dësch deen an enger Achs (normalerweis d'X-Achs) bewegt an de Kapp laanscht déi méi kuerz (Y) Achs beweegt.Dëst resultéiert zu enger méi konstanter Strahlendungsweelängt wéi eng fléienoptesch Maschinn a kann e méi einfache Strahlliwwersystem erlaben.Dëst kann zu enger reduzéierter Kraaftverloscht am Liwwersystem a méi Kapazitéit pro Watt kommen wéi fléien Optikmaschinnen.

Flying Optik Laser hunn e stationären Dësch an e Schneidkapp (mat Laserstrahl) deen iwwer d'Werkstéck a béid horizontalen Dimensiounen beweegt.Fliegend Optikschneider halen d'Werkstéck stationär während der Veraarbechtung an erfuerderen dacks keng Materialspannung.Déi bewegend Mass ass konstant, sou datt d'Dynamik net vun der variéierter Gréisst vum Werkstéck beaflosst gëtt.Flying Optik Maschinnen sinn déi schnellsten Typ, déi avantagéis ass, wann dënn workpieces opzedeelen.[17]

Flying optesch Maschinnen mussen eng Method benotzen fir d'Verännerung vun der Strahllängt vum Noperfeld (no Resonator) ze schneiden op wäit Feld (wäit vum Resonator) ze schneiden.Gemeinsam Methode fir dëst ze kontrolléieren enthalen Kollimatioun, adaptiv Optik oder d'Benotzung vun enger konstanter Strahllängtachs.

Fënnef- a sechsachse Maschinnen erlaben och geformte Workpieces ze schneiden.Zousätzlech ginn et verschidde Methoden fir de Laserstrahl op e geformt Werkstéck ze orientéieren, eng korrekt Fokusdistanz an Düsestandoff z'erhalen, etc.

Pulséierend
Pulséiert Laser, déi en héije Kraaft Burst vun Energie fir eng kuerz Zäit ubidden, si ganz effektiv an e puer Laserschneidprozesser, besonnesch fir Piercing, oder wann ganz kleng Lächer oder ganz niddereg Schneidgeschwindegkeet erfuerderlech sinn, well wann e konstante Laserstrahl benotzt gëtt, d'Hëtzt konnt de Punkt erreechen fir dat ganzt Stéck ze schmëlzen.

Déi meescht industriell Laser hunn d'Fäegkeet fir CW (kontinuéierlech Welle) ënner NC (numeresch Kontroll) Programmkontroll ze pulséieren oder ze schneiden.

Double Pulsatiounsperiod Laser benotzen eng Serie vun Pulsatiounsperiod Puer Material Ewechhuele Taux an Lach Qualitéit ze verbesseren.Weesentlechen, déi éischt Impulsreferater Material aus der Uewerfläch an der zweeter verhënnert datt d'Ejecta op d'Säit vum Lach hänken oder ze schneiden.[18]