Laserska obrada i rezanje & LBM

LASERSKO REZANJE is a HIGH-ENERGY-BEAM MANUFACTURING HIGH-ENERGY-BEAM MANUFACTURING_cc7cf58d industrijska upotreba. U LASERSKA MAŠINSKA OBRADA (LBM), laserski izvor fokusira optičku energiju na površinu radnog komada. Lasersko rezanje usmjerava visoko fokusiran i visok izlaz lasera velike snage, putem kompjutera, na materijal koji se reže. Ciljani materijal se zatim ili topi, sagorijeva, isparava ili ga otpuhuje mlaz plina, na kontroliran način ostavljajući rub s visokokvalitetnom završnom obradom površine. Naši industrijski laserski rezači su pogodni za rezanje pločastih materijala, kao i konstrukcijskih i cevovodnih materijala, metalnih i nemetalnih obradaka. Općenito, vakuum nije potreban u procesima obrade i rezanja laserskim snopom. Postoji nekoliko vrsta lasera koji se koriste u laserskom rezanju i proizvodnji. Impulsni ili kontinuirani talas CO2 LASER  je pogodan za sečenje, bušenje i graviranje. The NEODYMIUM (Nd) and neodymium yttrium-aluminum-garnet (Nd-YAG) LASERS are identical po stilu i razlikuju se samo po primjeni. Neodimijum Nd se koristi za bušenje i gde je potrebna velika energija, ali malo ponavljanja. S druge strane, Nd-YAG laser se koristi tamo gdje je potrebna velika snaga i za bušenje i graviranje. I CO2 i Nd/Nd-YAG laseri se mogu koristiti za LASERSKO ZAVARIVANJE. Ostali laseri koje koristimo u proizvodnji uključuju Nd:GLASS, RUBY i EXCIMER. Kod obrade laserskim zracima (LBM) važni su sljedeći parametri: Reflektivnost i toplinska provodljivost površine obratka i njegova specifična toplina i latentna toplina topljenja i isparavanja. Efikasnost procesa Laser Beam Machining (LBM) raste sa smanjenjem ovih parametara. Dubina rezanja se može izraziti kao:

 

t ~ P / (vxd)

 

To znači da je dubina rezanja “t” proporcionalna ulaznoj snazi P i obrnuto proporcionalna brzini rezanja v i prečniku tačke laserskog snopa d. Površina proizvedena LBM-om je općenito hrapava i ima zonu pod utjecajem topline.

 

 

 

LASERSKO REZANJE I MAŠINSKA OBRADA UGLJOKSIDA (CO2): CO2 laseri pobuđeni DC se pumpaju prolaskom struje kroz mješavinu plina, dok CO2 laseri pobuđeni RF koriste energiju radio frekvencije za pobudu. RF metoda je relativno nova i postala je popularnija. DC dizajni zahtijevaju elektrode unutar šupljine, pa stoga mogu imati elektrodnu eroziju i oblaganje elektrodnog materijala na optici. Naprotiv, RF rezonatori imaju eksterne elektrode i stoga nisu skloni tim problemima. Koristimo CO2 lasere u industrijskom rezanju mnogih materijala kao što su meki čelik, aluminij, nehrđajući čelik, titan i plastika.

 

 

 

YAG LASERSKO REZANJE and MACHINING: Koristimo YAG lasere za rezanje metala i ceramics. Laserski generator i vanjska optika zahtijevaju hlađenje. Otpadna toplota se stvara i prenosi rashladnom tečnošću ili direktno u vazduh. Voda je uobičajena rashladna tečnost, koja obično cirkuliše kroz rashladni uređaj ili sistem za prenos toplote.

 

 

 

EXCIMER LASERSKO REZANJE i OBRADA: Eksimer laser je vrsta lasera sa talasnim dužinama u ultraljubičastom području. Tačna valna dužina ovisi o korištenim molekulima. Na primer, sledeće talasne dužine su povezane sa molekulima prikazanim u zagradama: 193 nm (ArF), 248 nm (KrF), 308 nm (XeCl), 353 nm (XeF). Neki ekscimer laseri su podesivi. Excimer laseri imaju atraktivno svojstvo da mogu ukloniti vrlo fine slojeve površinskog materijala bez gotovo nikakvog zagrijavanja ili promjene na ostatku materijala. Zbog toga su ekscimer laseri vrlo prikladni za preciznu mikromašinsku obradu organskih materijala kao što su neki polimeri i plastika.

 

 

 

LASERSKO REZANJE POMOĆNO GASOM: Ponekad koristimo laserske zrake u kombinaciji sa strujom plina, poput kisika, dušika ili argona za rezanje tankih pločastih materijala. Ovo se radi pomoću a LASER-BEAM BAKNJE. Za nehrđajući čelik i aluminij koristimo visokotlačno lasersko rezanje uz pomoć inertnog plina pomoću dušika. Ovo rezultira rubovima bez oksida radi poboljšanja zavarljivosti. Ove struje gasa takođe odvode rastopljeni i ispareni materijal sa površina obratka.

 

 

 

U a LASERSKO MIKROJETSKO REZANJE imamo vodeni mlaz vođen laser u kojem je par pulsiranog laserskog pritiska u vodeni laser nisko. Koristimo ga za lasersko rezanje dok koristimo vodeni mlaz za vođenje laserskog snopa, slično optičkom vlaknu. Prednosti laserskog mikrodžet-a su da voda takođe uklanja ostatke i hladi materijal, brže je od tradicionalnog „suvog“ laserskog rezanja sa većim brzinama rezanja, paralelnim rezom i mogućnošću rezanja u svim smjerovima.

 

 

 

Koristimo različite metode u rezanju pomoću lasera. Neke od metoda su vaporizacija, topljenje i puhanje, topljenje i sagorevanje, pucanje termičkim naprezanjem, piskanje, hladno sečenje i spaljivanje, stabilizovano lasersko rezanje.

 

- Rezanje isparavanjem: Fokusirani snop zagrijava površinu materijala do tačke ključanja i stvara rupu. Rupa dovodi do naglog povećanja upijanja i brzo produbljuje rupu. Kako se rupa produbljuje i materijal ključa, stvorena para erodira otopljene zidove izduvavajući materijal i dalje povećavajući rupu. Materijali koji se ne tope kao što su drvo, ugljik i termoreaktivna plastika obično se režu ovom metodom.

 

- Rezanje topljenjem i puhanjem: Koristimo plin pod visokim pritiskom za izduvavanje rastopljenog materijala iz područja rezanja, smanjujući potrebnu snagu. Materijal se zagreva do tačke topljenja, a zatim gasni mlaz izduvava rastopljeni materijal iz utora. Ovo eliminira potrebu za daljim podizanjem temperature materijala. Režemo metale ovom tehnikom.

 

- Pucanje zbog termičkog naprezanja: Krhki materijali su osjetljivi na termički lom. Zraka je fokusirana na površinu uzrokujući lokalizirano zagrijavanje i toplinsko širenje. To dovodi do pukotine koja se zatim može voditi pomicanjem grede. Ovu tehniku koristimo u rezanju stakla.

 

- Stealth kockanje silicijumskih pločica: Odvajanje mikroelektronskih čipova od silicijumskih pločica se izvodi postupkom prikrivenog kockanja, korišćenjem impulsnog Nd:YAG lasera, talasna dužina od 1064 nm je dobro prilagođena elektronskom pojasu silicijuma (1,11 eV ili 1117 nm). Ovo je popularno u proizvodnji poluvodičkih uređaja.

 

- Reaktivno rezanje: Naziva se i rezanje plamenom, ova tehnika može ličiti na rezanje kiseonikom, ali sa laserskim snopom kao izvorom paljenja. Koristimo ga za rezanje ugljeničnog čelika u debljinama preko 1 mm, pa čak i vrlo debelih čeličnih ploča sa malom laserskom snagom.

 

 

 

PULSNI LASERS daju nam nalet energije velike snage za kratak period i vrlo su efikasni u nekim procesima laserskog rezanja, kao što je bušenje, ili kada su potrebne vrlo male rupe ili vrlo niske brzine rezanja. Ako bi se umjesto toga koristila konstantna laserska zraka, toplina bi mogla doći do tačke topljenja cijelog komada koji se obrađuje. Naši laseri imaju mogućnost da pulsiraju ili seku CW (kontinuirani talas) pod NC (numerička kontrola) programskom kontrolom. Koristimo DOUBLE PULSE LASERS emitujući niz parova impulsa za poboljšanje kvaliteta uklanjanja materijala. Prvi impuls uklanja materijal sa površine, a drugi impuls sprečava da se izbačeni materijal očita na stranu rupe ili rezanja.

 

 

 

Tolerancije i obrada površine u laserskom rezanju i mašinskoj obradi su izvanredne. Naši moderni laserski rezači imaju tačnost pozicioniranja u blizini 10 mikrometara i ponovljivost od 5 mikrometara. Standardne hrapavosti Rz se povećavaju sa debljinom lima, ali se smanjuju sa snagom lasera i brzinom rezanja. Procesi laserskog rezanja i obrade mogu postići bliske tolerancije, često u granicama od 0,001 inča (0,025 mm). Geometrija dijelova i mehaničke karakteristike naših strojeva optimizirani su za postizanje najboljih mogućnosti tolerancije. Završne obrade koje možemo dobiti laserskim rezanjem mogu biti u rasponu od 0,003 mm do 0,006 mm. Uopšteno govoreći, lako postižemo rupe prečnika 0,025 mm, a rupe od 0,005 mm i omjere dubine i prečnika rupe od 50 prema 1 proizvedene su od različitih materijala. Naši najjednostavniji i najstandardniji laserski rezači će rezati metal od ugljeničnog čelika debljine od 0,020–0,5 inča (0,51–13 mm) i lako mogu biti i do trideset puta brži od standardnog piljenja.

 

 

 

Laserska obrada se široko koristi za bušenje i rezanje metala, nemetala i kompozitnih materijala. Prednosti laserskog rezanja u odnosu na mehaničko su lakše držanje, čistoća i smanjena kontaminacija radnog komada (pošto nema rezne ivice kao kod tradicionalnog glodanja ili struganja koja može biti kontaminirana materijalom ili kontaminirati materijal, odnosno nakupljanje). Abrazivna priroda kompozitnih materijala može otežati njihovu obradu konvencionalnim metodama, ali laka laserskom obradom. Budući da se laserski snop ne troši tokom procesa, postignuta preciznost može biti bolja. Budući da laserski sistemi imaju malu zonu pod utjecajem topline, postoji i manja šansa da se materijal koji se seče savija. Za neke materijale lasersko rezanje može biti jedina opcija. Procesi rezanja laserskim snopom su fleksibilni, a dostava zraka optičkim vlaknima, jednostavno pričvršćivanje, kratko vrijeme postavljanja, dostupnost trodimenzionalnih CNC sistema omogućavaju laserskom rezanju i mašinskoj obradi da se uspješno nadmeću s drugim procesima proizvodnje lima kao što je probijanje. S obzirom na to, laserska tehnologija se ponekad može kombinovati sa tehnologijama mehaničke proizvodnje radi poboljšanja ukupne efikasnosti.

 

 

 

Lasersko rezanje limova ima prednosti u odnosu na plazma sečenje jer je preciznije i koristi manje energije, međutim, većina industrijskih lasera ne može rezati veću debljinu metala koju može plazma. Laseri koji rade na većim snagama kao što je 6000 vati približavaju se plazma mašinama u svojoj sposobnosti da seku kroz debele materijale. Međutim, kapitalni trošak ovih laserskih rezača od 6000 W mnogo je veći nego kod mašina za rezanje plazma koje mogu rezati debele materijale poput čelične ploče.

 

 

 

Postoje i nedostaci laserskog rezanja i strojne obrade. Lasersko rezanje uključuje veliku potrošnju energije. Industrijska efikasnost lasera može se kretati od 5% do 15%. Potrošnja energije i efikasnost svakog određenog lasera će varirati u zavisnosti od izlazne snage i radnih parametara. Ovo će zavisiti od vrste lasera i koliko dobro laser odgovara poslu koji se radi. Količina snage laserskog rezanja koja je potrebna za određeni zadatak ovisi o vrsti materijala, debljini, korištenom procesu (reaktivni/inertni) i željenoj brzini rezanja. Maksimalna stopa proizvodnje u laserskom rezanju i mašinskoj obradi ograničena je brojnim faktorima uključujući snagu lasera, tip procesa (bilo reaktivan ili inertan), svojstva materijala i debljinu.

 

 

 

In LASERSKA ABLATION mi uklanjamo materijal sa čvrste površine zračenjem ga laserskim snopom. Pri niskom laserskom fluksu, materijal se zagrijava apsorbiranom laserskom energijom i isparava ili sublimira. Pri velikom laserskom fluksu, materijal se obično pretvara u plazmu. Laseri velike snage čiste veliku tačku jednim impulsom. Laseri manje snage koriste mnogo malih impulsa koji se mogu skenirati po cijelom području. Kod laserske ablacije materijal uklanjamo pulsnim laserom ili laserskim snopom kontinuiranog talasa ako je intenzitet lasera dovoljno visok. Pulsni laseri mogu izbušiti izuzetno male, duboke rupe kroz vrlo tvrde materijale. Vrlo kratki laserski impulsi uklanjaju materijal tako brzo da okolni materijal apsorbira vrlo malo topline, stoga se lasersko bušenje može obaviti na osjetljivim materijalima ili materijalima osjetljivim na toplinu. Energija lasera se može selektivno apsorbirati premazima, stoga se CO2 i Nd:YAG pulsni laseri mogu koristiti za čišćenje površina, uklanjanje boje i premaza ili pripremu površina za farbanje bez oštećenja donje površine.

 

 

 

Koristimo_cc781905-5cde-3194-bb3b-136bad5cff58d_laser engraving and laser marking to engrave ili označite objekt. Ove dvije tehnike su zapravo najčešće korištene aplikacije. Ne koriste se mastila, niti se radi o komadima alata koji dolaze u kontakt sa ugraviranom površinom i troše se, što je slučaj sa tradicionalnim mehaničkim metodama graviranja i označavanja. Materijali posebno dizajnirani za lasersko graviranje i označavanje uključuju laserski osjetljive polimere i posebne nove metalne legure. Iako je oprema za lasersko označavanje i graviranje relativno skuplja u usporedbi s alternativama kao što su bušilice, igle, igle, pečati za graviranje….itd., postali su popularniji zbog svoje tačnosti, reproduktivnosti, fleksibilnosti, lakoće automatizacije i on-line primjene u širokom spektru proizvodnih okruženja.

 

 

 

Konačno, koristimo laserske zrake za nekoliko drugih proizvodnih operacija:

 

- LASERSKO ZAVARIVANJE

 

- LASERSKA TOPLINSKA OBRADA: Mala toplotna obrada metala i keramike radi modifikacije njihovih površinskih mehaničkih i triboloških svojstava.

 

- LASERSKI POVRŠINSKI TRETMAN/MODIFIKACIJA: Laseri se koriste za čišćenje površina, uvođenje funkcionalnih grupa, modificiranje površina u nastojanju da se poboljša adhezija prije nanošenja premaza ili procesa spajanja.