Podstawowe zasady maszyny do cięcia laserowego

Maszyna tnąca laserem

Cięcie laserowe to popularna i wszechstronna metoda stosowana w różnych gałęziach przemysłu do precyzyjnego cięcia materiałów.Polega na wykorzystaniu skupionej wiązki lasera do przecinania materiałów z dużą dokładnością i szybkością.Maszyny do cięcia laserowego wykorzystują zasady optyki, termodynamiki i materiałoznawstwa, aby osiągnąć precyzyjne i wydajne operacje cięcia.W tym artykule szczegółowo omówimy podstawowe zasady działania maszyn do cięcia laserowego.

1. Podstawy lasera:

Laser (wzmocnienie światła poprzez wymuszoną emisję promieniowania) to urządzenie wytwarzające skoncentrowaną wiązkę spójnego światła.Składa się z trzech głównych elementów: ośrodka aktywnego, źródła energii i rezonatora optycznego.Ośrodek aktywny, którym może być ciało stałe, ciecz lub gaz, emituje fotony, gdy jest zasilany przez źródło energii.Rezonator optyczny odbija fotony tam i z powrotem przez ośrodek aktywny, wzmacniając i wyrównując fale świetlne.Proces ten prowadzi do powstania mocnej i spójnej wiązki laserowej.

2. Typy laserów:

Istnieje kilka rodzajów laserów stosowanych w maszynach do cięcia laserowego, w tym lasery CO2, lasery Nd:YAG i lasery światłowodowe.Lasery CO2 są najpopularniejszym typem i wykorzystują mieszaninę dwutlenku węgla, azotu i helu jako ośrodka aktywnego.Lasery Nd:YAG wykorzystują jako ośrodek aktywny kryształ w stanie stałym, taki jak granat itrowo-aluminiowy domieszkowany neodymem.Z kolei lasery światłowodowe wykorzystują jako ośrodek aktywny światłowód domieszkowany pierwiastkami ziem rzadkich.Każdy typ lasera ma swoje unikalne właściwości i jest odpowiedni do określonych zastosowań cięcia.

3. Proces cięcia laserowego:

Proces cięcia laserowego składa się z kilku etapów.Najpierw wiązka lasera jest generowana przez źródło lasera i prowadzona przez szereg luster i soczewek do głowicy tnącej.Głowica tnąca zawiera skupiającą optykę, która koncentruje wiązkę lasera w małej plamce.Skupiona wiązka lasera jest następnie kierowana na cięty materiał.

4. Interakcja materiałów:

Kiedy wiązka lasera oddziałuje z materiałem, zachodzi kilka procesów.Intensywne ciepło generowane przez wiązkę lasera szybko podnosi temperaturę materiału, powodując jego stopienie, odparowanie lub poddanie się reakcji chemicznej.Specyficzna interakcja zależy od właściwości materiału, takich jak współczynnik absorpcji i temperatura topnienia, a także parametrów lasera, takich jak gęstość mocy i czas trwania impulsu.

5. Topienie i parowanie:

W przypadku materiałów o niskiej temperaturze topnienia, takich jak tworzywa sztuczne, wiązka lasera może stopić materiał podczas przecinania.Stopiony materiał jest następnie wydmuchiwany przez strumień gazu, tworząc szczelinę (szerokość cięcia).W przypadku materiałów o wyższej temperaturze topnienia, np. metali, wiązka lasera bezpośrednio odparowuje materiał, tworząc wąskie i precyzyjne cięcie.

6. Asystent gazu:

Wspomaganie gazem jest powszechnie stosowane w cięciu laserowym w celu usprawnienia procesu cięcia.Gaz taki jak tlen lub azot jest wdmuchiwany przez dyszę głowicy tnącej na powierzchnię materiału.Gaz pomaga usunąć stopiony lub odparowany materiał ze strefy cięcia, schładza materiał i zapobiega powstawaniu zadziorów i kożuchów.Wybór gazu zależy od ciętego materiału i pożądanej jakości cięcia.

7. Szerokość i zbieżność nacięcia:

Szerokość nacięcia, czyli szerokość cięcia, zależy od kilku czynników, w tym mocy lasera, rozmiaru plamki ogniskowej, grubości materiału i prędkości cięcia.Szerokość nacięcia można kontrolować, dostosowując te parametry, aby osiągnąć pożądaną precyzję cięcia.Dodatkowo cięcie laserem może skutkować zjawiskiem zwanym stożkiem, gdzie nacięcie ma kształt lekko stożkowy.Kąt stożka zależy od właściwości materiału i parametrów lasera i można go zminimalizować poprzez optymalizację warunków skrawania.