Ker ni stroškov obdelave orodja, je oprema za lasersko rezanje primerna tudi za izdelavo majhnih serij delov različnih velikosti, ki jih prej ni bilo mogoče obdelati. Oprema za lasersko rezanje običajno uporablja naprave za računalniško numerično krmiljenje (CNC). Po uporabi te naprave lahko uporabite telefonske linije za prejemanje podatkov o rezanju iz delovnih postaj za računalniško podprto načrtovanje (CAD).
Načelo
Lasersko rezanje uporablja usmerjen laserski žarek visoke gostote za obsevanje obdelovanca, kar povzroči, da se obsevani material hitro stopi, izhlapi, odstrani ali doseže točko vžiga, hkrati pa staljeni material odpihne visokohitrost pretok zraka koaksialno z žarkom, s čimer se doseže rezanje obdelovanca. Lasersko rezanje je ena od metod termičnega rezanja.
Princip laserskega rezanja je prikazan na spodnji sliki.
Razvrstitev
Lasersko rezanje lahko razdelimo v štiri kategorije: lasersko uparjevalno rezanje, lasersko talilno rezanje, lasersko kisikovo rezanje ter lasersko piskanje in nadzorovano lomljenje.
1. Lasersko vaporizacijsko rezanje
Obdelovanec se segreje z laserskim žarkom visoke energijske gostote, zaradi česar temperatura hitro naraste in v zelo kratkem času doseže vrelišče materiala, material pa začne uparjati in tvoriti paro. Hlapi se izločajo z veliko hitrostjo in med izmetavanjem hlapov se na materialu naredi rez. Uparjalna toplota materialov je na splošno zelo velika, zato lasersko uparjalno rezanje zahteva veliko moči in gostote moči.
Lasersko vaporizacijsko rezanje se večinoma uporablja za rezanje izjemno tankih kovinskih materialov in nekovinskih materialov (kot so papir, blago, les, plastika in guma itd.).
2. Lasersko talilno rezanje
Pri laserskem rezanju s taljenjem se za taljenje kovinskega materiala uporablja lasersko segrevanje, nato pa se skozi šobo, ki je soosna z žarkom, razprši neoksidirajoči plin (Ar, He, N itd.). Tekoča kovina se izprazni zaradi močnega pritiska plina, da nastane zareza. Lasersko talilno rezanje ne zahteva, da je kovina popolnoma uparjena, potrebna energija pa je le 1/10 uparjalnega rezanja.
Lasersko talilno rezanje se uporablja predvsem za rezanje nekaterih materialov, ki jih ni enostavno oksidirati, ali aktivnih kovin, kot so nerjavno jeklo, titan, aluminij in njegove zlitine.
3. Lasersko kisikovo rezanje
Princip laserskega rezanja s kisikom je podoben rezanju z oksiacetilenom. Uporablja laser kot vir toplote za predgretje in aktivne pline, kot je kisik, kot rezalni plin. Po eni strani razpršeni plin reagira z rezalno kovino, da povzroči oksidacijsko reakcijo in sprosti veliko količino oksidacijske toplote; po drugi strani sta staljeni oksid in talina odpihnjena iz reakcijske cone, da tvorita zarezo v kovini. Ker oksidacijska reakcija med postopkom rezanja ustvari veliko toplote, je energija, potrebna za lasersko rezanje s kisikom, le 1/2 energije za rezanje s taljenjem, hitrost rezanja pa je veliko večja kot pri laserskem rezanju z uparjanjem in rezanju s taljenjem. Lasersko kisikovo rezanje se v glavnem uporablja za zlahka oksidirane kovinske materiale, kot so ogljikovo jeklo, titanovo jeklo in toplotno obdelano jeklo.
4. Lasersko piskanje in nadzorovan zlom
Lasersko piskanje uporablja laser z visoko energijsko gostoto za skeniranje površine krhkega materiala, zaradi česar material pri segrevanju izhlapi v majhnem utoru, nato pa se uporabi določen pritisk, tako da bo krhki material počil vzdolž majhnega utora. Laserji, ki se uporabljajo za lasersko piskanje, so običajno laserji s preklopom Q in CO2 laserji.
Nadzorovani lom uporablja strmo porazdelitev temperature, ki nastane z laserskim žlebljenjem, za ustvarjanje lokalne toplotne napetosti v krhkem materialu, zaradi česar se material zlomi vzdolž majhnega utora.
Lastnosti
V primerjavi z drugimi metodami termičnega rezanja so splošne značilnosti laserskega rezanja hitra rezalna hitrost in visoka kakovost. Povzamemo ga lahko takole.
⑴ Dobra kakovost rezanja
Zaradi majhne laserske točke, visoke energijske gostote in visoke hitrosti rezanja lahko lasersko rezanje doseže boljšo kakovost rezanja.
① Rez laserskega rezanja je ozek, obe strani reže sta vzporedni in pravokotni na površino, dimenzijska natančnost izrezanih delov pa lahko doseže ±0,05 mm.
② Površina reza je gladka in lepa, s površinsko hrapavostjo le desetine mikronov. Lasersko rezanje lahko uporabimo celo kot zadnji postopek brez mehanske obdelave, dele pa lahko uporabimo neposredno.
③ Ko je material lasersko razrezan, je širina toplotno prizadetega območja zelo majhna, zmogljivost materiala v bližini reže je skoraj nespremenjena in deformacija obdelovanca je majhna, natančnost rezanja je visoka, geometrija reže je dober, oblika prečnega prereza reže pa ima razmeroma pravilno pravokotno obliko. Primerjava metod laserskega rezanja, rezanja z oksiacetilenom in rezanja s plazmo je prikazana v tabeli 1. Rezalni material je nizkoogljična jeklena plošča debeline 6,2 mm.
⑵ Visoka učinkovitost rezanja Zaradi lastnosti prenosa laserja je stroj za lasersko rezanje na splošno opremljen z več CNC delovnimi mizami, celoten postopek rezanja pa je mogoče popolnoma nadzorovati s CNC. Med delovanjem morate samo spremeniti CNC program za uporabo rezanja delov različnih oblik, ki lahko izvaja tako dvodimenzionalno rezanje kot tridimenzionalno rezanje.
⑶ Visoka hitrost rezanja
Pri rezanju 2 mm debele nizkoogljične jeklene plošče z laserjem 1200 W lahko doseže hitrost rezanja 600 cm/min; pri rezanju plošče iz polipropilenske smole debeline 5 mm lahko doseže hitrost rezanja 1200 cm/min. Materiala med laserskim rezanjem ni treba vpenjati in fiksirati, kar lahko prihrani tako orodje kot napeljave in pomožni čas za nalaganje in razkladanje.
⑷ Brezkontaktno rezanje
Med laserskim rezanjem se gorilnik ne dotika obdelovanca in ni obrabe orodja. Za obdelavo delov različnih oblik ni treba zamenjati "orodja", spremeniti je treba le izhodne parametre laserja. Proces laserskega rezanja je nizek hrupa, nizkih vibracij in brez onesnaževanja.
⑸ Veliko vrst materialov za rezanje
V primerjavi z rezanjem s oksiacetilenom in plazemskim rezanjem obstaja več vrst materialov za lasersko rezanje, vključno s kovinami, nekovinami, kompozitnimi materiali na osnovi kovin in nekovin, usnjem, lesom in vlakni. Za različne materiale pa zaradi lastnih termofizikalnih lastnosti in različnih absorpcijskih stopenj laserji kažejo različno prilagodljivost laserskega rezanja. Z uporabo laserja CO2 je učinkovitost laserskega rezanja različnih materialov prikazana v tabeli 2.
(6) Slabosti: Zaradi omejitev laserske moči in velikosti opreme lahko lasersko rezanje reže le plošče in cevi srednje in majhne debeline, in ko se debelina obdelovanca poveča, se hitrost rezanja znatno zmanjša.
