Obróbka laserowa i cięcie i LBM

CIĘCIE LASEROWE is a HIGH-ENERGY-BEAM MANUFACTURING technologia typowo wykorzystująca laser do cięcia materiałów In LASER BEAM MACHINING (LBM), źródło lasera skupia energię optyczną na powierzchni przedmiotu obrabianego. Cięcie laserowe kieruje silnie skupioną i gęstą moc lasera o dużej mocy, za pomocą komputera, na cięty materiał. Następnie docelowy materiał topi się, spala, odparowuje lub jest zdmuchiwany przez strumień gazu w kontrolowany sposób, pozostawiając krawędź z wysokiej jakości wykończeniem powierzchni. Nasze przemysłowe wycinarki laserowe nadają się do cięcia materiałów płaskich oraz materiałów konstrukcyjnych i rurowych, elementów metalowych i niemetalowych. Generalnie w procesach obróbki i cięcia laserowego nie jest wymagana próżnia. Istnieje kilka rodzajów laserów stosowanych w cięciu i produkcji laserowej. Fala impulsowa lub ciągła CO2 LASER  nadaje się do cięcia, wytaczania i grawerowania. The NEODYMIUM (Nd) i neodymowo-itrowo-aluminiowo-granatowy 7819-są identyczne (05-5bb_cfAG)(05-5bb_cfAG) w stylu i różnią się jedynie zastosowaniem. Neodym Nd jest używany do wytaczania i tam, gdzie wymagana jest wysoka energia, ale niska powtarzalność. Natomiast laser Nd-YAG jest używany tam, gdzie wymagana jest bardzo duża moc oraz do wytaczania i grawerowania. Do LASER WELDING można stosować zarówno lasery CO2 jak i Nd/Nd-YAG. Inne lasery, których używamy w produkcji to Nd:GLASS, RUBY i EXCIMER. W obróbce wiązką laserową (LBM) ważne są następujące parametry: współczynnik odbicia i przewodność cieplna powierzchni przedmiotu obrabianego oraz jego ciepło właściwe i utajone ciepło topnienia i parowania. Wydajność procesu obróbki wiązką laserową (LBM) wzrasta wraz ze spadkiem tych parametrów. Głębokość cięcia można wyrazić jako:

 

t ~ P / (vxd)

 

Oznacza to, że głębokość cięcia „t” jest proporcjonalna do poboru mocy P i odwrotnie proporcjonalna do prędkości cięcia v i średnicy plamki wiązki laserowej d. Powierzchnia wytworzona za pomocą LBM jest na ogół szorstka i posiada strefę wpływu ciepła.

 

 

 

CIĘCIE I OBRÓBKA LASEREM WĘGLA (CO2): Lasery CO2 wzbudzane prądem stałym są pompowane przez przepuszczanie prądu przez mieszankę gazów, podczas gdy lasery CO2 wzbudzane RF wykorzystują do wzbudzenia energię o częstotliwości radiowej. Metoda RF jest stosunkowo nowa i stała się bardziej popularna. Konstrukcje DC wymagają elektrod wewnątrz wnęki, a zatem mogą powodować erozję elektrody i platerowanie materiału elektrody na optyce. Wręcz przeciwnie, rezonatory RF mają zewnętrzne elektrody i dlatego nie są podatne na te problemy. Lasery CO2 wykorzystujemy do przemysłowego cięcia wielu materiałów, takich jak stal miękka, aluminium, stal nierdzewna, tytan i tworzywa sztuczne.

 

 

 

WYCINANIE LASEREM YAG and MACHINING: Używamy laserów YAG do cięcia i trasowania metali i ceramiki. Generator laserowy i optyka zewnętrzna wymagają chłodzenia. Ciepło odpadowe jest generowane i przenoszone przez chłodziwo lub bezpośrednio do powietrza. Woda jest powszechnym chłodziwem, zwykle krąży w chłodziarce lub systemie wymiany ciepła.

 

 

 

CIĘCIE I OBRÓBKA LASEREM EXCIMEROWYM: Laser excimerowy to rodzaj lasera o długościach fal w obszarze ultrafioletowym. Dokładna długość fali zależy od użytych cząsteczek. Na przykład następujące długości fal są związane z cząsteczkami przedstawionymi w nawiasach: 193 nm (ArF), 248 nm (KrF), 308 nm (XeCl), 353 nm (XeF). Niektóre lasery excimerowe można przestrajać. Lasery excimerowe mają tę atrakcyjną właściwość, że mogą usuwać bardzo cienkie warstwy materiału powierzchniowego prawie bez ogrzewania lub zmiany w pozostałej części materiału. Dlatego lasery excimerowe są dobrze przystosowane do precyzyjnej mikroobróbki materiałów organicznych, takich jak niektóre polimery i tworzywa sztuczne.

 

 

 

CIĘCIE LASEROWE WSPOMAGANE GAZEM: Czasami do cięcia cienkich arkuszy materiałów używamy wiązek laserowych w połączeniu ze strumieniem gazów, takich jak tlen, azot lub argon. Odbywa się to za pomocą a LASER-BEAM TORCH. W przypadku stali nierdzewnej i aluminium stosujemy cięcie laserowe pod wysokim ciśnieniem wspomagane gazem obojętnym przy użyciu azotu. Dzięki temu krawędzie są pozbawione tlenków, co poprawia spawalność. Te strumienie gazu wydmuchują również stopiony i odparowany materiał z powierzchni przedmiotu obrabianego.

 

 

 

W a LASER MICROJET CUTTING  mamy laser naprowadzany strumieniem wody, w którym pulsująca wiązka lasera jest połączona z niskociśnieniowym strumieniem wody. Używamy go do cięcia laserowego, a strumień wody kieruje wiązką lasera, podobnie jak światłowód. Zaletą mikrostrumienia laserowego jest to, że woda usuwa również zanieczyszczenia i chłodzi materiał, jest szybsza niż tradycyjne cięcie laserowe „na sucho” z wyższymi prędkościami cięcia, równoległym rzazem i możliwością cięcia dookólnego.

 

 

 

Stosujemy różne metody cięcia laserem. Niektóre z metod to waporyzacja, stapianie i wypalanie, wytapianie i wypalanie, pękanie termiczne, żłobienie, cięcie i wypalanie na zimno, stabilizowane cięcie laserowe.

 

- Cięcie przez odparowanie: Skoncentrowana wiązka podgrzewa powierzchnię materiału do temperatury wrzenia i tworzy otwór. Dziura prowadzi do gwałtownego wzrostu chłonności i szybko pogłębia dziurę. Gdy otwór się pogłębia, a materiał wrze, wytworzona para eroduje stopione ściany, wydmuchując materiał i dalej powiększając otwór. Tą metodą zwykle tnie się materiały nietopliwe, takie jak drewno, węgiel i tworzywa termoutwardzalne.

 

- Cięcie metodą stapiania i rozdmuchiwania: Używamy gazu pod wysokim ciśnieniem do wydmuchiwania stopionego materiału z obszaru cięcia, zmniejszając wymaganą moc. Materiał jest podgrzewany do temperatury topnienia, a następnie strumień gazu wydmuchuje stopiony materiał z szczeliny. Eliminuje to konieczność dalszego podnoszenia temperatury materiału. Tą techniką tniemy metale.

 

- Pękanie naprężeniowe termiczne: Kruche materiały są wrażliwe na pękanie termiczne. Wiązka skupia się na powierzchni, powodując miejscowe nagrzewanie i rozszerzalność cieplną. Skutkuje to pęknięciem, które można następnie poprowadzić, przesuwając belkę. Tę technikę stosujemy w cięciu szkła.

 

- Niewidzialne kostkowanie płytek krzemowych: Oddzielenie mikroelektronicznych chipów od płytek krzemowych odbywa się w procesie niewidzialnego kostkowania, przy użyciu impulsowego lasera Nd:YAG, długość fali 1064 nm jest dobrze dostosowana do elektronicznego pasma zabronionego krzemu (1,11 eV lub 1117 nm). Jest to popularne w produkcji urządzeń półprzewodnikowych.

 

- Cięcie reaktywne: Nazywana również cięciem płomieniowym, ta technika może być podobna do cięcia palnikiem tlenowym, ale z wiązką lasera jako źródłem zapłonu. Używamy tego do cięcia stali węglowej o grubości powyżej 1 mm, a nawet bardzo grubych blach stalowych przy niewielkiej mocy lasera.

 

 

 

LASERY IMPULSOWE  zapewniają nam impuls energii o dużej mocy przez krótki czas i są bardzo skuteczne w niektórych procesach cięcia laserowego, takich jak przebijanie lub gdy wymagane są bardzo małe otwory lub bardzo niskie prędkości cięcia. Gdyby zamiast tego zastosowano stałą wiązkę laserową, ciepło mogłoby osiągnąć punkt topnienia całego obrabianego elementu. Nasze lasery mają możliwość impulsowania lub cięcia CW (Ciągła Fala) pod kontrolą programu NC (sterowanie numeryczne). Używamy DOUBLE PULSE LASERS emitując serię par impulsów w celu poprawy szybkości usuwania materiału i jakości otworu. Pierwszy impuls usuwa materiał z powierzchni, a drugi impuls zapobiega ponownemu przywieraniu wyrzucanego materiału do boku otworu lub przecięcia.

 

 

 

Tolerancje i wykończenie powierzchni podczas cięcia i obróbki laserowej są znakomite. Nasze nowoczesne wycinarki laserowe posiadają dokładność pozycjonowania zbliżoną do 10 mikrometrów i powtarzalność 5 mikrometrów. Chropowatości standardowe Rz rosną wraz z grubością blachy, ale maleją wraz z mocą lasera i prędkością cięcia. Procesy cięcia i obróbki laserowej są w stanie osiągnąć wąskie tolerancje, często z dokładnością do 0,001 cala (0,025 mm) Geometria części, a właściwości mechaniczne naszych maszyn są zoptymalizowane w celu osiągnięcia najlepszych tolerancji. Wykończenie powierzchni, które możemy uzyskać z cięcia wiązką lasera, może wynosić od 0,003 mm do 0,006 mm. Ogólnie rzecz biorąc, z łatwością uzyskujemy otwory o średnicy 0,025 mm, a otwory tak małe jak 0,005 mm i stosunek głębokości do średnicy 50 do 1 zostały wykonane z różnych materiałów. Nasze najprostsze i najbardziej standardowe wycinarki laserowe tną metal ze stali węglowej o grubości od 0,020–0,5 cala (0,51–13 mm) i mogą być z łatwością do trzydziestu razy szybsze niż standardowe cięcie.

 

 

 

Obróbka wiązką laserową jest szeroko stosowana do wiercenia i cięcia metali, niemetali i materiałów kompozytowych. Zaletą cięcia laserowego nad cięciem mechanicznym jest łatwiejsze trzymanie, czystość i mniejsze zanieczyszczenie przedmiotu obrabianego (ponieważ nie ma krawędzi tnącej, jak w tradycyjnym frezowaniu lub toczeniu, która może zostać zanieczyszczona przez materiał lub zanieczyścić materiał, tj. nagromadzenie). Ścierny charakter materiałów kompozytowych może utrudniać ich obróbkę konwencjonalnymi metodami, ale ułatwia obróbkę laserową. Ponieważ wiązka lasera nie zużywa się podczas procesu, uzyskana precyzja może być lepsza. Ponieważ systemy laserowe mają niewielką strefę wpływu ciepła, istnieje również mniejsza szansa na wypaczenie ciętego materiału. W przypadku niektórych materiałów jedyną opcją może być cięcie laserowe. Procesy cięcia wiązką laserową są elastyczne, a dostarczanie wiązki światłowodowej, proste mocowanie, krótkie czasy ustawiania, dostępność trójwymiarowych systemów CNC umożliwiają cięcie i obróbkę laserową z powodzeniem konkurować z innymi procesami wytwarzania blach, takimi jak wykrawanie. Mając to na uwadze, technologię laserową można czasami łączyć z technologiami mechanicznej produkcji w celu poprawy ogólnej wydajności.

 

 

 

Cięcie laserowe blach ma tę przewagę nad cięciem plazmowym, że jest bardziej precyzyjne i zużywa mniej energii, jednak większość laserów przemysłowych nie może przecinać większej grubości metalu niż plazma. Lasery działające przy wyższych mocach, takich jak 6000 W, zbliżają się do maszyn plazmowych pod względem zdolności do cięcia grubych materiałów. Jednak koszt kapitałowy tych wycinarek laserowych o mocy 6000 W jest znacznie wyższy niż w przypadku maszyn do cięcia plazmowego zdolnych do cięcia grubych materiałów, takich jak blacha stalowa.

 

 

 

Istnieją również wady cięcia i obróbki laserowej. Cięcie laserowe wiąże się z dużym zużyciem energii. Wydajność lasera przemysłowego może wynosić od 5% do 15%. Pobór mocy i wydajność każdego konkretnego lasera będzie się różnić w zależności od mocy wyjściowej i parametrów pracy. Zależy to od rodzaju lasera i tego, jak dobrze laser pasuje do wykonywanej pracy. Moc cięcia laserowego wymagana do konkretnego zadania zależy od rodzaju materiału, grubości, zastosowanego procesu (reaktywny/obojętny) i pożądanej szybkości cięcia. Maksymalna szybkość produkcji w cięciu i obróbce laserowej jest ograniczona wieloma czynnikami, w tym mocą lasera, rodzajem procesu (reaktywny lub obojętny), właściwościami materiału i grubością.

 

 

 

W LASER ABLATION  usuwamy materiał z powierzchni stałej, naświetlając ją wiązką laserową. Przy niskim strumieniu lasera materiał jest ogrzewany przez zaabsorbowaną energię lasera i odparowuje lub sublimuje. Przy dużym strumieniu lasera materiał jest zwykle przekształcany w plazmę. Lasery o dużej mocy czyszczą dużą plamkę jednym impulsem. Lasery o niższej mocy wykorzystują wiele małych impulsów, które mogą być skanowane na danym obszarze. W ablacji laserowej usuwamy materiał laserem impulsowym lub wiązką lasera fali ciągłej, jeśli intensywność lasera jest wystarczająco duża. Lasery impulsowe mogą wiercić bardzo małe, głębokie otwory w bardzo twardych materiałach. Bardzo krótkie impulsy laserowe usuwają materiał tak szybko, że otaczający materiał pochłania bardzo mało ciepła, dlatego wiercenie laserowe można wykonywać na materiałach delikatnych lub wrażliwych na ciepło. Energia lasera może być selektywnie pochłaniana przez powłoki, dlatego lasery impulsowe CO2 i Nd:YAG mogą być używane do czyszczenia powierzchni, usuwania farby i powłoki lub przygotowania powierzchni do malowania bez uszkadzania podłoża.

 

 

 

Używamy LASER ENGRAVING and LASER MARKING_cc781905-5cde-3194-bb58ved lub mark-136 Te dwie techniki są w rzeczywistości najczęściej stosowanymi aplikacjami. Nie stosuje się farb ani końcówek narzędzi, które stykają się z grawerowaną powierzchnią i ulegają zużyciu, co ma miejsce w przypadku tradycyjnych mechanicznych metod grawerowania i znakowania. Materiały specjalnie zaprojektowane do grawerowania i znakowania laserowego obejmują polimery wrażliwe na laser i specjalne nowe stopy metali. Chociaż sprzęt do znakowania i grawerowania laserowego jest stosunkowo droższy w porównaniu z alternatywami, takimi jak stemple, szpilki, trzpienie, stemple do trawienia… itd., stały się one bardziej popularne ze względu na swoją dokładność, powtarzalność, elastyczność, łatwość automatyzacji i aplikacji on-line w wielu różnych środowiskach produkcyjnych.

 

 

 

Wreszcie używamy wiązek laserowych do kilku innych operacji produkcyjnych:

 

-  SPAWANIE LASEROWE

 

- LASEROWA OBRÓBKA CIEPŁA: Obróbka cieplna metali i ceramiki na małą skalę w celu modyfikacji ich mechanicznych i tribologicznych właściwości powierzchni.

 

- LASEROWA OBRÓBKA POWIERZCHNI / MODYFIKACJA: Lasery są używane do czyszczenia powierzchni, wprowadzania grup funkcyjnych, modyfikacji powierzchni w celu poprawy przyczepności przed osadzaniem powłoki lub procesami łączenia.