Ласерско сечење је напредна производна технологија која користи ласерске зраке велике-снаге-густине у комбинацији са ЦНЦ опремом за обављање-бесконтактне обраде материјала. Технологија води своје порекло од 1965. године, када је прва машина за ласерско сечење примењена на дијамантско бушење, а Уједињено Краљевство је 1967. постигло прво ласерско{5}}сечење метала помоћу кисеоника. Током 1970-их, технологија ласерског сечења је почела да продире у сектор ваздухопловства, а након широко распрострањеног напретка198 ласерског усвајања ЦО2 заменио конвенционалне процесе сечења плазмом.
Као метода термичког сечења, ласерско сечење се одликује врхунским квалитетом сечења, високом ефикасношћу и изузетном флексибилношћу, што омогућава производњу у распону од појединачних-послова по мери до-производње великог обима.
Принципи рада
1.1 Генерисање ласера и карактеристике зрака
Ласер (појачавање светлости стимулисаном емисијом зрачења) производи високо кохерентан, монохроматски сноп кроз стимулисану емисију. Ласерски систем се састоји од три основне компоненте: активног медијума (чврста, течна или гасна), извора енергије (пумпни механизам) и оптичког резонатора. Када је активни медијум под напоном, он емитује фотоне; резонатор рефлектује ове фотоне напред-назад кроз медијум, појачавајући и поравнавајући светлосне таласе да би на крају генерисао ласерски зрак високе-енергетске-густине.
Ласерски зраци се разликују од обичне светлости у неколико критичних аспеката: високом интензитету, изузетно уском фреквентном опсегу (монохроматичност), оштрој колимацији и високој кохерентности.
1.2 Механизам физичког сечења
Процес ласерског сечења укључује две истовремене операције:
Грејање материјала и фазна трансформација: Фокусирани ласерски зрак велике-снаге-густине зрачи површину радног предмета, узрокујући да озрачени регион доживи брзу ескалацију температуре, брзо се топљење, испаравање, аблација или паљење материјала.
Избацивање топљења: Помоћни гас велике{0}}брзине, коаксијалан са снопом, издувава растопљени материјал из уреза, постижући одвајање материјала. Овај млаз гаса истовремено штити оптику за фокусирање од контаминације паре и прскања.
1.3 Прецизност и параметри процеса
Ласерско сечење постиже тачност димензија од ±0,05 мм, ширине реза од 0,10–0,20 мм и храпавост површине реда десетина микрона. Кључни параметри који утичу на квалитет сечења укључују:
Снага ласера и густина снаге: Одредите достижну дебљину материјала и брзину сечења
Фокална позиција зрака: Утиче на ширину и вертикалност уреза
Тип и притисак помоћног гаса: Диктирају ефикасност избацивања растопа
Пречник млазнице: Обично се креће од 0,8 мм до 3 мм, бира се на основу материјала и дебљине
Вреди напоменути да високорефлективни материјали као што су бакар и алуминијум показују изузетно ниске стопе апсорпције за специфичне таласне дужине ласера, што представља значајне изазове у процесу обраде.
Класификације примарних процеса и техничке карактеристике
Процеси ласерског сечења су категорисани у четири главна типа на основу механизама уклањања материјала:
2.1 Ласерско испаравање
Ласерски зрак високе{0}}енергетске-густине загрева радни предмет, брзо достижући тачку кључања материјала и изазивајући директно испаравање. Висока брзина{3}}избацивања паре истовремено формира прорез.
Power density requirement: Typically >10⁸ В/цм²
Применљиви материјали: Изузетно танки метали и не{0}}материјали (папир, тканина, дрво, пластика, гума, итд.)
Карактеристике: Висока потрошња енергије; погодан за апликације које захтевају избегавање растаљених остатака
2.2 Сечење ласерским топљењем
Ласерско загревање топи материјал, а не-помоћни гас који не оксидира (Ар, Хе, Н₂, итд.) избацује растопљени метал под високим притиском да би се формирао урез.
Енергетска ефикасност: Захтева само 1/10 енергије сечења испаравањем
Применљиви материјали: нерђајући челик, титанијум, алуминијум и њихове легуре-материјали отпорни на оксидацију или реактивне метале
Предност процеса: производи ивице без оксида-са високим квалитетом ивица
2.3 Ласерско резање кисеоником (сечење пламеном)
Аналогно резању оксиацетиленом, овај процес користи ласер као извор топлоте за претходно загревање и кисеоник као гас за сечење. Кисеоник реагује егзотермно са металом, док истовремено издувава растопљене оксиде.
Енергетска ефикасност: Захтева само 1/2 енергије сечења топљења; брзина резања знатно премашује и испаравање и сечење топљењем
Применљиви материјали: угљенични челик, титанијум челик и термички{0}}обрађени челици-метали подложни оксидацији
Ограничења процеса: Шири прорез, већа зона{0}}захваћена топлотом, подложност сагоревању углова и релативно лошији квалитет ивица
2.4 Ласерско исписивање и контролисан прелом
Ласерско исписивање користи ласер високе{0}}енергетске-густине за скенирање површине крхких материјала, испаравајући плитки жлеб кроз термичко испаравање, праћено механичком силом за ломљење материјала дуж жлеба. Контролисани лом користи стрми термални градијент који се генерише ласерским жлебовима да створи локализовани термички стрес у кртом материјалу, узрокујући одвајање дуж жлеба.
Применљиви материјали: Керамика, полупроводници и други крхки материјали
Типични ласери: ласери са К-прекидањем, ЦО₂ ласери
Домени апликације и вредност у индустрији
Технологија ласерског сечења је прожела више критичних индустријских сектора:
Производња аутомобила: рамови каросерије, компоненте ваздушних јастука, унутрашње плоче
Ваздухопловство: Компоненте мотора, канали од легуре титанијума, учвршћивачи оплате трупа
Производња електронике: прецизне микро{0}}компоненте, плоче, конектори
Медицински уређаји: коронарни стентови, хируршки инструменти, микрофлуидни уређаји
Производња лимова: Постала је доминантан процес, истискивајући конвенционалне методе
Закључак
Као основна производна технологија, ласерско сечење наставља да покреће индустријску трансформацију кроз своје комбиноване предности високе прецизности, високе ефикасности и изузетне флексибилности. Од сечења испаравањем до сечења уз помоћ кисеоника-и од ЦО₂ ласера до ласера са влакнима, континуирана технолошка еволуција је проширила границе примене ласерског сечења, омогућавајући висок-квалитетни, ефикасну обраду у ширем спектру материјала и дебљина.
