Mecanitzat i tall làser i LBM

LASER CUTTING is a HIGH-ENERGY-BEAM MANUFACTURING technology that uses a laser to cut materials, and is typically used for industrial manufacturing applications. A LASER BEAM MACHINING (LBM), una font làser centra l'energia òptica a la superfície de la peça. El tall per làser dirigeix la sortida altament enfocada i d'alta densitat d'un làser d'alta potència, per ordinador, cap al material a tallar. Aleshores, el material objectiu es fon, es crema, es vaporitza o és expulsat per un raig de gas, de manera controlada, deixant una vora amb un acabat superficial d'alta qualitat. Les nostres talladores làser industrials són adequades per tallar material de làmina plana, així com materials estructurals i de canonades, peces metàl·liques i no metàl·liques. En general, no es requereix buit en els processos de mecanitzat i tall de raig làser. Hi ha diversos tipus de làsers utilitzats en el tall per làser i la fabricació. L'ona polsada o contínua CO2 LASER  és adequada per tallar, avorrir i gravar. The NEODYMIUM (Nd) and neodymium yttrium-aluminum-garnet (Nd-YAG) LASERS are identical en estil i només difereixen en l'aplicació. El Nd de neodimi s'utilitza per avorrir i on es requereix alta energia però poca repetició. El làser Nd-YAG, d'altra banda, s'utilitza quan es requereix una potència molt alta i per a avorrir i gravar. Els làsers de CO2 i Nd/Nd-YAG es poden utilitzar per a LASER SOLDADURA. Altres làsers que utilitzem a la fabricació inclouen Nd:GLASS, RUBY i EXCIMER. En el mecanitzat amb raig làser (LBM), els paràmetres següents són importants: La reflectivitat i la conductivitat tèrmica de la superfície de la peça i la seva calor específica i calor latent de fusió i evaporació. L'eficiència del procés de mecanitzat amb raig làser (LBM) augmenta amb la disminució d'aquests paràmetres. La profunditat de tall es pot expressar com:

 

t ~ P / (vxd)

 

Això significa que la profunditat de tall "t" és proporcional a la potència d'entrada P i inversament proporcional a la velocitat de tall v i al diàmetre de punt del raig làser d. La superfície produïda amb LBM és generalment rugosa i té una zona afectada per la calor.

 

 

 

TALL i MECANISAMENT DEL LÀSER DE DIÒXID DE CARBONIDS (CO2): els làsers de CO2 excitats amb CC es bombegen fent passar un corrent a través de la barreja de gas, mentre que els làsers de CO2 excitats per RF utilitzen energia de radiofreqüència per a l'excitació. El mètode RF és relativament nou i s'ha fet més popular. Els dissenys de corrent continu requereixen elèctrodes a l'interior de la cavitat i, per tant, poden tenir l'erosió dels elèctrodes i el revestiment del material d'elèctrodes a l'òptica. Al contrari, els ressonadors de RF tenen elèctrodes externs i, per tant, no són propensos a aquests problemes. Utilitzem làsers de CO2 en el tall industrial de molts materials com acer suau, alumini, acer inoxidable, titani i plàstics.

 

 

 

YAG LASER CUTTING and MACHINING: Utilitzem làsers YAG per tallar i traçar metalls i ceràmiques. El generador làser i l'òptica externa requereixen refrigeració. La calor residual es genera i es transfereix mitjançant un refrigerant o directament a l'aire. L'aigua és un refrigerant comú, normalment circula per un refrigerador o un sistema de transferència de calor.

 

 

 

TALL i MECANITZACIÓ LÀSER EXCIMER: Un làser excimer és una mena de làser amb longituds d'ona a la regió ultraviolada. La longitud d'ona exacta depèn de les molècules utilitzades. Per exemple, les següents longituds d'ona s'associen amb les molècules que es mostren entre parèntesis: 193 nm (ArF), 248 nm (KrF), 308 nm (XeCl), 353 nm (XeF). Alguns làsers excímers són ajustables. Els làsers excímers tenen la propietat atractiva que poden eliminar capes molt fines de material superficial gairebé sense escalfar-se ni canviar la resta del material. Per tant, els làsers excímers són molt adequats per al micromecanitzat de precisió de materials orgànics com alguns polímers i plàstics.

 

 

 

TALL LÀSER ASSISTIT PER GAS: De vegades utilitzem raigs làser en combinació amb un corrent de gas, com ara oxigen, nitrogen o argó per tallar materials de làmines primes. Això es fa mitjançant a LASER-BEAM TORCH. Per a l'acer inoxidable i l'alumini utilitzem el tall làser assistit per gas inert d'alta pressió amb nitrogen. Això resulta en vores sense òxid per millorar la soldabilitat. Aquests corrents de gas també expulsen el material fos i vaporitzat de les superfícies de la peça.

 

 

 

A a LASER MICROJET CUTTING tenim un làser guiat per raig d'aigua en el qual un raig làser polsat s'acobla a un raig d'aigua de baixa pressió. L'utilitzem per realitzar el tall làser mentre utilitzem el raig d'aigua per guiar el raig làser, semblant a una fibra òptica. Els avantatges del microjet làser són que l'aigua també elimina els residus i refreda el material, és més ràpid que el tall làser "sec" tradicional amb velocitats de tall més altes, tall paral·lel i capacitat de tall omnidireccional.

 

 

 

Despleguem diferents mètodes de tall mitjançant làser. Alguns dels mètodes són la vaporització, la fusió i el bufat, el bufat i la crema de fusió, el craqueig per estrès tèrmic, el traçat, el tall i la crema en fred, el tall làser estabilitzat.

 

- Tall per vaporització: el feix focalitzat escalfa la superfície del material fins al seu punt d'ebullició i crea un forat. El forat provoca un augment sobtat de l'absorció i aprofundeix ràpidament el forat. A mesura que el forat s'aprofundeix i el material bull, el vapor generat erosiona les parets foses expulsant el material i ampliant encara més el forat. Els materials que no es fonen com la fusta, el carboni i els plàstics termoestables solen tallar-se amb aquest mètode.

 

- Fusió i tall per bufat: Utilitzem gas a alta pressió per bufar material fos de la zona de tall, disminuint la potència requerida. El material s'escalfa fins al seu punt de fusió i després un raig de gas expulsa el material fos del tall. Això elimina la necessitat d'augmentar encara més la temperatura del material. Tallem metalls amb aquesta tècnica.

 

- Fissures per tensió tèrmica: els materials fràgils són sensibles a la fractura tèrmica. Un feix es centra a la superfície provocant un escalfament localitzat i una expansió tèrmica. Això dóna lloc a una esquerda que després es pot guiar movent la biga. Utilitzem aquesta tècnica en el tall de vidre.

 

- Daus furtius de les hòsties de silici: la separació dels xips microelectrònics de les hòsties de silici es realitza mitjançant el procés de tall furtiu, utilitzant un làser Nd:YAG polsat, la longitud d'ona de 1064 nm s'adapta bé a la banda intermèdia de silici (1,11 eV o 1117 nm). Això és popular en la fabricació de dispositius semiconductors.

 

- Tall reactiu: També anomenat tall amb flama, aquesta tècnica es pot semblar al tall amb torxa d'oxigen però amb un raig làser com a font d'encesa. Ho fem servir per tallar acer al carboni en gruixos superiors a 1 mm i fins i tot plaques d'acer molt gruixudes amb poca potència làser.

 

 

 

PULSED LASERS ens proporcionen una ràfega d'energia d'alta potència durant un període curt i són molt efectius en alguns processos de tall per làser, com la perforació, o quan es requereixen forats molt petits o velocitats de tall molt baixes. Si s'utilitzava un raig làser constant, la calor podria arribar al punt de fondre tota la peça que s'està mecanitzant. Els nostres làsers tenen la capacitat de polsar o tallar CW (ona contínua) sota el control del programa NC (control numèric). Utilitzem LASERS DOUBLE PULSE emet una sèrie de parells de polsos per millorar la taxa d'eliminació del material i la qualitat del forat. El primer pols elimina el material de la superfície i el segon pols evita que el material expulsat s'adhereixi al costat del forat o tall.

 

 

 

Les toleràncies i l'acabat superficial en tall i mecanitzat làser són excel·lents. Les nostres modernes talladores làser tenen precisions de posicionament al voltant dels 10 micròmetres i repetibilitats de 5 micròmetres. Les rugositats estàndard Rz augmenten amb el gruix de la làmina, però disminueixen amb la potència del làser i la velocitat de tall. Els processos de tall i mecanitzat per làser són capaços d'aconseguir toleràncies estretes, sovint fins a 0,001 polzades (0,025 mm) de geometria de la peça i les característiques mecàniques de les nostres màquines estan optimitzades per aconseguir les millors capacitats de tolerància. Els acabats superficials que podem obtenir del tall per raig làser poden oscil·lar entre 0,003 mm i 0,006 mm. En general, aconseguim fàcilment forats amb 0,025 mm de diàmetre, i s'han produït forats tan petits com 0,005 mm i proporcions de profunditat-diàmetre de 50 a 1 en diversos materials. Les nostres talladores làser més senzilles i estàndard tallaran metall d'acer al carboni de 0,51 a 13 mm (0,020-0,5 polzades) de gruix i poden ser fàcilment fins a trenta vegades més ràpid que el serrat estàndard.

 

 

 

El mecanitzat amb raig làser s'utilitza àmpliament per a la perforació i el tall de metalls, no metalls i materials compostos. Els avantatges del tall làser respecte al tall mecànic inclouen una més fàcil subjecció del treball, la neteja i la reducció de la contaminació de la peça (ja que no hi ha cap tall com en el fresat o tornejat tradicional que pugui contaminar-se pel material o contaminar el material, és a dir, acumulació de bue). La naturalesa abrasiva dels materials compostos pot fer que siguin difícils de mecanitzar mitjançant mètodes convencionals, però fàcils de mecanitzar amb làser. Com que el raig làser no es desgasta durant el procés, la precisió obtinguda pot ser millor. Com que els sistemes làser tenen una petita zona afectada per la calor, també hi ha menys possibilitats de deformar el material que s'està tallant. Per a alguns materials, el tall per làser pot ser l'única opció. Els processos de tall de feix làser són flexibles i el lliurament de feix de fibra òptica, la fixació senzilla, els temps de configuració curts, la disponibilitat de sistemes CNC tridimensionals permeten que el tall i el mecanitzat per làser competeixin amb èxit amb altres processos de fabricació de xapa com ara el punxonat. Dit això, la tecnologia làser de vegades es pot combinar amb les tecnologies de fabricació mecànica per millorar l'eficiència general.

 

 

 

El tall làser de xapes té els avantatges respecte al tall per plasma de ser més precís i utilitzar menys energia, però, la majoria de làsers industrials no poden tallar el gruix de metall més gran que el plasma. Els làsers que operen a potències més altes, com ara 6000 watts, s'apropen a les màquines de plasma en la seva capacitat per tallar materials gruixuts. No obstant això, el cost de capital d'aquestes talladores làser de 6000 watts és molt superior al de les màquines de tall per plasma capaços de tallar materials gruixuts com la planxa d'acer.

 

 

 

També hi ha desavantatges del tall i el mecanitzat per làser. El tall per làser implica un alt consum d'energia. L'eficiència del làser industrial pot oscil·lar entre el 5% i el 15%. El consum d'energia i l'eficiència de qualsevol làser en particular variarà segons la potència de sortida i els paràmetres de funcionament. Això dependrà del tipus de làser i de com s'ajusta el làser al treball a mà. La quantitat de potència de tall làser necessària per a una tasca concreta depèn del tipus de material, el gruix, el procés (reactiu/inert) utilitzat i la velocitat de tall desitjada. La velocitat màxima de producció en tall i mecanitzat làser està limitada per una sèrie de factors, com ara la potència del làser, el tipus de procés (ja sigui reactiu o inert), les propietats del material i el gruix.

 

 

 

A LASER ABLATION eliminem material d'una superfície sòlida irradiant-lo amb un raig làser. A baix flux làser, el material s'escalfa per l'energia làser absorbida i s'evapora o sublima. A un flux làser elevat, el material normalment es converteix en un plasma. Els làsers d'alta potència netegen un punt gran amb un sol pols. Els làsers de menor potència utilitzen molts polsos petits que es poden escanejar per una àrea. En l'ablació làser eliminem material amb un làser polsat o amb un raig làser d'ona contínua si la intensitat del làser és prou alta. Els làsers polsats poden perforar forats extremadament petits i profunds a través de materials molt durs. Els polsos làser molt curts eliminen el material tan ràpidament que el material circumdant absorbeix molt poca calor, per tant, la perforació làser es pot fer en materials delicats o sensibles a la calor. L'energia làser es pot absorbir selectivament pels recobriments, per tant, els làsers polsats de CO2 i Nd:YAG es poden utilitzar per netejar superfícies, eliminar pintura i recobriment o preparar superfícies per pintar sense danyar la superfície subjacent.

 

 

 

We use LASER ENGRAVING and LASER MARKING to engrave or mark an object. Aquestes dues tècniques són de fet les aplicacions més utilitzades. No s'utilitzen tintes, ni es tracta d'eines que entren en contacte amb la superfície gravada i es desgasten, com és el cas dels mètodes tradicionals de gravat i marcatge mecànics. Els materials especialment dissenyats per al gravat i el marcat làser inclouen polímers sensibles al làser i nous aliatges especials de metall. Tot i que els equips de marcatge i gravat làser són relativament més cars en comparació amb alternatives com punxons, agulles, llapis, segells de gravat... etc., s'han tornat més populars per la seva precisió, reproductibilitat, flexibilitat, facilitat d'automatització i aplicació en línia. en una gran varietat d'entorns de fabricació.

 

 

 

Finalment, fem servir raigs làser per a diverses altres operacions de fabricació:

 

- SOLDADURA LÀSER

 

- TRACTAT TÈRMICS LÀSER: Tractament tèrmic a petita escala de metalls i ceràmiques per modificar les seves propietats mecàniques i tribològiques superficials.

 

- TRACTAMENT / MODIFICACIÓ DE SUPERFÍCIES LÀSER: Els làsers s'utilitzen per netejar superfícies, introduir grups funcionals, modificar superfícies en un esforç per millorar l'adhesió abans de la deposició de recobriments o processos d'unió.