Lasersny is 'n tegnologie wat 'n laser gebruik om materiaal te verdamp, wat 'n snyrand tot gevolg het.Alhoewel dit tipies vir industriële vervaardigingstoepassings gebruik word, word dit nou deur skole, klein besighede, argitektuur en stokperdjies gebruik.Lasersny werk deur die uitset van 'n hoë-krag laser mees algemeen deur optika te rig.Die laseroptika en CNC (rekenaar numeriese beheer) word gebruik om die laserstraal na die materiaal te rig.'n Kommersiële laser vir die sny van materiaal gebruik 'n bewegingsbeheerstelsel om 'n CNC- of G-kode van die patroon wat op die materiaal gesny moet word, te volg.Die gefokusde laserstraal word op die materiaal gerig, wat dan óf smelt, brand, verdamp of deur 'n gasstraal weggewaai word, [1] wat 'n rand met 'n hoë-gehalte oppervlakafwerking laat
Geskiedenis
In 1965 is die eerste vervaardigingslasersnymasjien gebruik om gate in diamantmatryse te boor.Hierdie masjien is gemaak deur die Western Electric Engineering Research Centre.[3]In 1967 het die Britte baanbrekerswerk gedoen met lasergesteunde suurstofstraalsny vir metale.[4]In die vroeë 1970's is hierdie tegnologie in produksie gestel om titaan vir lugvaarttoepassings te sny.Terselfdertyd is CO2-lasers aangepas om nie-metale, soos tekstiele, te sny, omdat CO2-lasers destyds nie kragtig genoeg was om die termiese geleidingsvermoë van metale te oorkom nie.[5]
Proses
Industriële lasersny van staal met snyinstruksies geprogrammeer deur die CNC-koppelvlak
Laserstraal word oor die algemeen gefokus met behulp van 'n hoë kwaliteit lens op die werksone.Die kwaliteit van die balk het 'n direkte impak op die gefokusde kolgrootte.Die smalste deel van die gefokusde straal is gewoonlik minder as 0,0125 duim (0,32 mm) in deursnee.Afhangende van materiaaldikte, is kerfwydtes so klein as 0,004 duim (0,10 mm) moontlik.[6]Om van iewers anders as die rand te kan begin sny, word 'n deurboor voor elke sny gedoen.Piercing behels gewoonlik 'n hoë-krag gepulseerde laserstraal wat stadig 'n gat in die materiaal maak, wat byvoorbeeld ongeveer 5–15 sekondes neem vir 0,5 duim dik (13 mm) vlekvrye staal.
Die parallelle strale van koherente lig van die laserbron val dikwels in die reeks tussen 0,06–0,08 duim (1,5–2,0 mm) in deursnee.Hierdie straal word normaalweg gefokus en versterk deur 'n lens of 'n spieël tot 'n baie klein plekkie van ongeveer 0,001 duim (0,025 mm) om 'n baie intense laserstraal te skep.Om die gladste moontlike afwerking tydens kontoersny te verkry, moet die rigting van bundelpolarisasie geroteer word soos dit om die omtrek van 'n kontoerwerkstuk gaan.Vir die sny van plaatmetaal is die brandpunt gewoonlik 1,5–3 duim (38–76 mm).[7]
Voordele van lasersny bo meganiese sny sluit in makliker werkhouding en verminderde kontaminasie van werkstuk (aangesien daar geen snykant is wat deur die materiaal besoedel kan word of die materiaal kan besoedel nie).Presisie kan beter wees, aangesien die laserstraal nie tydens die proses slyt nie.Daar is ook 'n verminderde kans om die materiaal wat gesny word te vervorm, aangesien laserstelsels 'n klein hitte-geaffekteerde sone het.[8]Sommige materiale is ook baie moeilik of onmoontlik om op meer tradisionele maniere te sny.
Lasersny vir metale het die voordele bo plasmasny dat dit meer presies is[9] en minder energie gebruik wanneer plaatmetaal gesny word;die meeste industriële lasers kan egter nie deur die groter metaaldikte sny wat plasma kan nie.Nuwer lasermasjiene wat teen hoër krag werk (6000 watt, in teenstelling met vroeë lasersnymasjiene se 1500 watt-graderings) nader plasmamasjiene in hul vermoë om deur dik materiale te sny, maar die kapitaalkoste van sulke masjiene is baie hoër as dié van plasma snymasjiene wat in staat is om dik materiale soos staalplaat te sny.[10]
Tipes
4000 watt CO2 laser snyer
Daar is drie hooftipes lasers wat in lasersny gebruik word.Die CO2-laser is geskik vir sny, boring en gravering.Die neodymium (Nd) en neodymium yttrium-aluminium-granaat (Nd:YAG) lasers is identies in styl en verskil slegs in toepassing.Nd word gebruik vir vervelig en waar hoë energie maar lae herhaling vereis word.Die Nd:YAG laser word gebruik waar baie hoë krag benodig word en vir boring en gravure.Beide CO2- en Nd/Nd:YAG-lasers kan vir sweiswerk gebruik word.[11]
CO2-lasers word gewoonlik "gepomp" deur 'n stroom deur die gasmengsel te laat (DC-opgewek) of deur radiofrekwensie-energie (RF-opgewonde) te gebruik.Die RF-metode is nuwer en het meer gewild geword.Aangesien GS-ontwerpe elektrodes binne die holte benodig, kan hulle elektrode-erosie en platering van elektrodemateriaal op glasware en optika ondervind.Aangesien RF-resonators eksterne elektrodes het, is hulle nie geneig tot daardie probleme nie.CO2-lasers word gebruik vir industriële sny van baie materiale, insluitend titanium, vlekvrye staal, sagte staal, aluminium, plastiek, hout, vervaardigde hout, was, materiaal en papier.YAG-lasers word hoofsaaklik gebruik vir die sny en skrap van metale en keramiek.[12]
Benewens die kragbron, kan die tipe gasvloei ook prestasie beïnvloed.Algemene variante van CO2-lasers sluit in vinnige aksiale vloei, stadige aksiale vloei, dwarsvloei en plaat.In 'n vinnige aksiale vloeiresonator word die mengsel van koolstofdioksied, helium en stikstof teen hoë snelheid deur 'n turbine of blaser gesirkuleer.Dwarsvloeilasers sirkuleer die gasmengsel teen 'n laer snelheid, wat 'n eenvoudiger blaser benodig.Plaat- of diffusieverkoelde resonators het 'n statiese gasveld wat geen druk of glasware vereis nie, wat lei tot besparings op vervangingsturbines en glasware.
Die lasergenerator en eksterne optika (insluitend die fokuslens) benodig verkoeling.Afhangende van stelselgrootte en konfigurasie, kan afvalhitte deur 'n koelmiddel of direk na lug oorgedra word.Water is 'n algemeen gebruikte koelmiddel wat gewoonlik deur 'n verkoeler of hitte-oordragstelsel gesirkuleer word.
laser mikrostraal is 'n waterstraal geleide laser waarin 'n gepulseerde laserstraal in 'n laedruk waterstraal gekoppel word.Dit word gebruik om lasersnyfunksies uit te voer terwyl die waterstraal gebruik word om die laserstraal, baie soos 'n optiese vesel, deur totale interne refleksie te lei.Die voordele hiervan is dat die water ook rommel verwyder en die materiaal afkoel.Bykomende voordele bo tradisionele "droë" lasersny is hoë snyspoed, parallelle kerf en omnidireksiesny.[13]
Vesellasers is 'n soort vastestoflaser wat vinnig groei binne die metaalsnybedryf.Anders as CO2, gebruik veseltegnologie 'n vaste aanwinsmedium, in teenstelling met 'n gas of vloeistof.Die "saadlaser" produseer die laserstraal en word dan in 'n glasvesel versterk.Met 'n golflengte van slegs 1064 nanometer produseer vesellasers 'n uiters klein kolgrootte (tot 100 keer kleiner in vergelyking met die CO2) wat dit ideaal maak om reflektiewe metaalmateriaal te sny.Dit is een van die belangrikste voordele van vesel in vergelyking met CO2.[14]
Vesel laser snyer voordele sluit in: -
Vinnige verwerkingstye.
Verminderde energieverbruik en rekeninge – as gevolg van groter doeltreffendheid.
Groter betroubaarheid en werkverrigting – geen optika om aan te pas of in lyn te bring nie en geen lampe om te vervang nie.
Minimale instandhouding.
Die vermoë om hoogs reflektiewe materiale soos koper en koper te verwerk
Hoër produktiwiteit – laer bedryfskoste bied 'n groter opbrengs op jou belegging.[15]
Metodes
Daar is baie verskillende metodes om lasers te sny, met verskillende tipes wat gebruik word om verskillende materiaal te sny.Sommige van die metodes is verdamping, smelt en blaas, smelt blaas en brand, termiese spanning krake, skrape, koue sny en brand gestabiliseerde laser sny.
Verdamping sny
In verdampingssny verhit die gefokusde straal die oppervlak van die materiaal tot vlampuntpunt en genereer 'n sleutelgat.Die sleutelgat lei tot 'n skielike toename in absorpsievermoë wat die gat vinnig verdiep.Soos die gat verdiep en die materiaal kook, erodeer damp wat gegenereer word die gesmelte mure wat uitstoot en die gat verder vergroot.Nie-smeltende materiaal soos hout, koolstof en termohardende plastiek word gewoonlik met hierdie metode gesny.
Smelt en blaas
Smelt- en blaas- of samesmeltingsnywerk gebruik hoëdrukgas om gesmelte materiaal uit die snyarea te blaas, wat die kragbehoefte aansienlik verminder.Eers word die materiaal tot smeltpunt verhit, dan blaas 'n gasstraal die gesmelte materiaal uit die kerf en vermy die behoefte om die temperatuur van die materiaal verder te verhoog.Materiale wat met hierdie proses gesny is, is gewoonlik metale.
Termiese spannings krake
Bros materiale is veral sensitief vir termiese breuk, 'n kenmerk wat uitgebuit word in termiese spannings krake.'n Straal word op die oppervlak gefokus wat gelokaliseerde verhitting en termiese uitsetting veroorsaak.Dit lei tot 'n kraak wat dan gelei kan word deur die balk te beweeg.Die kraak kan in volgorde van m/s geskuif word.Dit word gewoonlik gebruik om glas te sny.
Stealth-blokkies van silikonwafers
Verdere inligting: Wafelblokkies
Die skeiding van mikro-elektroniese skyfies soos voorberei in die vervaardiging van halfgeleiertoestelle van silikonwafels kan uitgevoer word deur die sogenaamde stealth dicing proses, wat werk met 'n gepulseerde Nd:YAG laser, waarvan die golflengte (1064 nm) goed aangepas is vir die elektroniese bandgaping van silikon (1.11 eV of 1117 nm).
Reaktiewe sny
Ook genoem "brandende gestabiliseerde lasergas sny", "vlam sny".Reaktiewe sny is soos suurstof fakkel sny maar met 'n laserstraal as die ontstekingsbron.Meestal gebruik vir die sny van koolstofstaal in diktes van meer as 1 mm.Hierdie proses kan gebruik word om baie dik staalplate met relatief min laserkrag te sny.
Toleransies en oppervlakafwerking
Lasersnyers het posisioneringsakkuraatheid van 10 mikrometer en herhaalbaarheid van 5 mikrometer.[verwysing benodig]
Standaardruwheid Rz neem toe met die plaatdikte, maar neem af met laserkrag en snyspoed.Wanneer laekoolstofstaal met laserkrag van 800 W gesny word, is standaardruwheid Rz 10 μm vir plaatdikte van 1 mm, 20 μm vir 3 mm en 25 μm vir 6 mm.
{\displaystyle Rz={\frac {12.528\cdot S^{0.542}}{P^{0.528}\cdot V^{0.322}}}}{\displaystyle Rz={\frac {12.528\cdot S^{0.542 }}{P^{0.528}\cdot V^{0.322}}}}
Waar: {\displaystyle S=}S= staalplaatdikte in mm;{\displaystyle P=}P= laserkrag in kW (sommige nuwe lasersnyers het laserkrag van 4 kW);{\displaystyle V=}V= snyspoed in meter per minuut.[16]
Hierdie proses is in staat om redelik naby toleransies te hou, dikwels tot binne 0,001 duim (0,025 mm).Onderdeelmeetkunde en die meganiese deklikheid van die masjien het baie te doen met toleransievermoëns.Die tipiese oppervlakafwerking as gevolg van laserstraalsny kan wissel van 125 tot 250 mikro-duim (0,003 mm tot 0,006 mm).[11]
Masjien konfigurasies
Dubbelpallet vlieënde optiese laser
Vliegende optiese laserkop
Daar is oor die algemeen drie verskillende konfigurasies van industriële lasersnymasjiene: bewegende materiaal, hibriede en vlieënde optiese stelsels.Dit verwys na die manier waarop die laserstraal oor die materiaal beweeg word wat gesny of verwerk moet word.Vir al hierdie is die bewegingsasse tipies as X- en Y-as aangedui.As die snykop beheer kan word, word dit as die Z-as aangedui.
Bewegende materiaallasers het 'n stilstaande snykop en beweeg die materiaal daaronder.Hierdie metode bied 'n konstante afstand van die lasergenerator na die werkstuk en 'n enkele punt waaruit sny-uitvloeisel verwyder kan word.Dit vereis minder optika, maar vereis dat die werkstuk verskuif word.Hierdie stylmasjien is geneig om die minste straalafleweringsoptika te hê, maar is ook geneig om die stadigste te wees.
Hibriede lasers verskaf 'n tafel wat in een as beweeg (gewoonlik die X-as) en die kop langs die korter (Y)-as beweeg.Dit lei tot 'n meer konstante straalafleweringspadlengte as 'n vlieënde optiese masjien en kan 'n eenvoudiger straalafleweringstelsel toelaat.Dit kan lei tot verminderde kragverlies in die afleweringstelsel en meer kapasiteit per watt as vlieënde optiese masjiene.
Vlieënde optiese lasers beskik oor 'n stilstaande tafel en 'n snykop (met laserstraal) wat in albei die horisontale afmetings oor die werkstuk beweeg.Vlieënde optiese snyers hou die werkstuk stil tydens verwerking en benodig dikwels nie materiaalklem nie.Die bewegende massa is konstant, so dinamika word nie beïnvloed deur die wisselende grootte van die werkstuk nie.Vliegoptiese masjiene is die vinnigste tipe, wat voordelig is wanneer dunner werkstukke gesny word.[17]
Vlieënde optiese masjiene moet een of ander metode gebruik om die veranderende straallengte van naby veld (naby aan resonator) sny na ver veld (ver weg van resonator) sny in ag te neem.Algemene metodes om dit te beheer sluit in kollimasie, aanpasbare optika of die gebruik van 'n konstante straallengte-as.
Vyf- en ses-asmasjiene laat ook gevormde werkstukke sny.Daarbenewens is daar verskeie metodes om die laserstraal na 'n gevormde werkstuk te oriënteer, 'n behoorlike fokusafstand en spuitpuntafstand te handhaaf, ens.
Polsend
Gepulseerde lasers wat vir 'n kort tydperk 'n hoë-krag uitbarsting van energie verskaf, is baie effektief in sommige lasersnyprosesse, veral vir deursteek, of wanneer baie klein gaatjies of baie lae snyspoed benodig word, aangesien as 'n konstante laserstraal gebruik word, die hitte kan die punt bereik om die hele stuk wat gesny word, te smelt.
Die meeste industriële lasers het die vermoë om CW (kontinue golf) te puls of te sny onder NC (numeriese beheer) programbeheer.
Dubbelpulslasers gebruik 'n reeks polspare om materiaalverwyderingstempo en gatkwaliteit te verbeter.In wese verwyder die eerste puls materiaal van die oppervlak en die tweede keer dat die uitwerpsel aan die kant van die gat heg of sny.[18]
Pos tyd: Jun-16-2022