Основи на лазерното рязане

Лазерите са използвани за първи път за рязане още през 70-те години на миналия век. В съвременното промишлено производство лазерното рязане се използва по-широко в ламарина, пластмаса, стъкло, керамика, полупроводници, текстил, обработка на дърво и хартия и други материали.

 

 

Когато фокусираният лазерен лъч удари детайла, облъчената зона се нагрява драстично, за да разтопи или изпари материала. След като лазерният лъч проникне в детайла, процесът на рязане започва: лазерният лъч се движи по контурната линия, докато разтопява материала. Разтопеният материал обикновено се издухва от прореза от въздушна струя, оставяйки тесен процеп между изрязаната част и държача на плочата, който е почти толкова широк, колкото фокусирания лазерен лъч.

 

Пламъчно рязане
Пламъчното рязане е стандартен процес, използван при рязане на мека стомана, като се използва кислород като режещ газ. Кислородът е под налягане до 6 бара и се вдухва в среза. Там нагретият метал реагира с кислорода: започва да гори и да се окислява. Химическата реакция освобождава голямо количество енергия (до пет пъти енергията на лазера), което подпомага лазерния лъч при рязане.

 

Разтопено рязане
Разтопеното рязане е друг стандартен процес, използван при рязане на метали. Може да се използва и за рязане на други топими материали като керамика.

Като газ за рязане се използва азот или аргон, а налягането на газа от 2 до 20 бара се продухва през прореза. Аргонът и азотът са инертни газове, което означава, че те не реагират с разтопения метал в прореза, а просто го издухват към дъното. В същото време инертните газове предпазват срязания ръб от окисляване на въздуха.

 

Рязане със сгъстен въздух
Сгъстен въздух може да се използва и за рязане на тънки плочи. Въздух под налягане до 5-6 bar е достатъчен, за да издуха разтопения метал в среза. Тъй като почти 80% от въздуха е азот, рязането със сгъстен въздух по същество е рязане чрез стопяване.

 

Рязане с помощта на плазма
Ако параметрите са правилно избрани, плазмен облак ще се появи в прореза за рязане с плазмен синтез. Плазменият облак се състои от йонизирани метални пари и йонизиран режещ газ. Плазменият облак абсорбира енергията на CO2 лазера и я преобразува в детайла, така че повече енергия да бъде свързана към детайла и материалът да се стопи по-бързо, което води до по-бърза скорост на рязане. Поради тази причина този процес на рязане се нарича още високоскоростно плазмено рязане.

Плазменият облак всъщност е прозрачен по отношение на лазерите в твърдо състояние, така че рязане чрез топене с помощта на плазма е възможно само с CO2 лазери.

 

Рязане на газификация
Вапоризационното рязане изпарява материала, минимизирайки топлинния ефект върху околния материал. Това може да се постигне чрез използване на непрекъсната лазерна обработка с CO2 за изпаряване на материали с ниска топлина и висока абсорбция, като тънки пластмасови филми, както и нетопими материали като дърво, хартия и пяна.
Ултракъсите импулсни лазери позволяват тази технология да бъде приложена към други материали. Свободните електрони в метала абсорбират лазера и се нагряват драстично. Лазерният импулс не реагира с разтопените частици и плазмата, материалът сублимира директно и няма време енергията да се прехвърли към околния материал под формата на топлина. Пикосекундните импулси премахват материала без видим топлинен ефект, без топене и образуване на грапавини.

 

Параметри: Регулиране на процеса
Много параметри влияят върху процеса на лазерно рязане, някои от които зависят от техническите характеристики на лазера и машината, докато други са променливи.

 

Поляризация
Поляризацията показва какъв процент от лазерната светлина се преобразува. Типичната поляризация обикновено е около 90%. Това е достатъчно за висококачествено рязане.

Диаметър на фокуса
Фокусният диаметър влияе на ширината на среза и може да се променя чрез промяна на фокусното разстояние на фокусиращата леща. По-малък фокусен диаметър означава по-тесен прорез.

Фокусна позиция
Позицията на фокусната точка определя диаметъра на лъча и плътността на мощността върху повърхността на детайла, както и формата на прореза.

Лазерна мощност
Мощността на лазера трябва да бъде съобразена с вида на обработката, вида на материала и дебелината. Мощността трябва да е достатъчно висока, така че плътността на мощността върху детайла да надвишава прага на обработка.