Na czym polega proces cięcia laserowego metalu?

Cięcie laseroweto precyzyjna i wydajna metoda cięcia metalu i innych materiałów za pomocą lasera o dużej mocy. Proces ten jest szeroko stosowany w różnych gałęziach przemysłu, w tym w przemyśle wytwórczym, motoryzacyjnym, lotniczym i metalowym, ze względu na jego dokładność, szybkość i możliwość tworzenia skomplikowanych projektów. W tym przewodniku opiszemy, jak działa cięcie laserowe, jakie są kluczowe komponenty i rodzaje cięcia laserowego.

1. Co to jest cięcie laserowe?

Cięcie laserowe to proces wykorzystujący skupioną wiązkę światła (laser) do przecinania lub grawerowania materiałów takich jak metale, tworzywa sztuczne i drewno. Wiązka laserowa topi, spala lub odparowuje materiał, pozostawiając czyste, wysokiej jakości cięcie przy minimalnej ilości odpadów.

2. Kluczowe elementy cięcia laserowego

- Źródło lasera: Wiązka lasera pochodzi z generatora lasera (do cięcia metalu powszechnie stosuje się lasery CO2, światłowodowe lub Nd:YAG). Laser zostaje wzmocniony i skierowany na cięty materiał.

- Soczewka skupiająca: Soczewka lub seria soczewek skupia wiązkę lasera w małym punkcie, zwiększając jej intensywność w miejscu kontaktu z materiałem.

- Głowica tnąca: Głowica tnąca kieruje wiązkę lasera na materiał. Porusza się po zaprogramowanej ścieżce, sterowanej przez CNC (Computer Numerical Control) lub inne systemy prowadzenia.

- Gaz pomocniczy: Gaz taki jak tlen, azot lub powietrze jest często wdmuchiwany przez dyszę, aby wspomóc proces cięcia, pomagając usunąć stopiony materiał i poprawić jakość cięcia.

- Łóżko materiałowe: Metal umieszcza się na stabilnym łóżku lub stole, który podtrzymuje materiał podczas procesu cięcia.

3. Proces cięcia laserowego

Proces cięcia laserowego można podzielić na następujące etapy:

Krok 1: Projektowanie i programowanie

- Projekt CAD: Pierwszym krokiem jest stworzenie projektu części lub komponentu, który ma zostać wycięty. Odbywa się to za pomocą oprogramowania CAD (Computer Aided Design). Projekt konwertowany jest do formatu czytelnego przez wycinarkę laserową, zazwyczaj jest to plik wektorowy.

- Programowanie CNC: Projekt przesyłany jest do systemu CNC, który steruje wycinarką laserową. Przekłada projekt na instrukcje cięcia, wskazując laserowi, jak i gdzie ciąć.

Krok 2: Przygotowanie materiału

- Blachę lub materiał przeznaczony do cięcia kładzie się na łożu maszyny. Do metali powszechnie stosowanych w cięciu laserowym zalicza się stal, stal nierdzewną, aluminium, mosiądz i miedź.

Krok 3: Cięcie laserowe

- Generowanie wiązki: Źródło lasera generuje wiązkę światła o wysokiej energii, która jest następnie skupiana przez soczewki w celu wytworzenia intensywnej plamki cieplnej.

- Nagrzewanie materiału: Kiedy skupiona wiązka lasera uderza w metal, energia jest pochłaniana, co powoduje szybkie nagrzewanie się materiału, a następnie topienie, palenie lub odparowywanie.

- Gaz wspomagający: Gaz wspomagający (taki jak tlen lub azot) jest kierowany na obszar cięcia przez dyszę. Pomaga w usuwaniu stopionego metalu i zanieczyszczeń, a także chłodzi materiał i poprawia prędkość i precyzję cięcia.

 - Tlen jest często używany do cięcia stali miękkiej, ponieważ reaguje z metalem, wytwarzając ciepło i przyspieszając proces cięcia.

 - Azot stosuje się w materiałach takich jak stal nierdzewna, aby zapobiec utlenianiu i zapewnić czystą krawędź.

- Ruch lasera: Sterowana CNC głowica tnąca laserowo porusza się po zaprogramowanej ścieżce, zgodnie z projektem. Prędkość, moc i punkt skupienia lasera są dostosowywane w zależności od materiału i grubości ciętego metalu.

Krok 4: Chłodzenie i wykończenie

- Gdy laser przecina materiał, stopiony lub odparowany metal jest wydmuchiwany przez gaz pomocniczy, pozostawiając czyste, gładkie cięcie.

- Po zakończeniu cięcia krawędzie można wygładzić lub usunąć zadziory, w zależności od pożądanego wykończenia.

- Wszelkie resztki złomu lub odpadów są minimalne ze względu na precyzję lasera.

4. Rodzaje cięcia laserowego metalu

Istnieje kilka metod cięcia laserowego w zależności od materiału i zastosowania:

A. Cięcie waporyzacyjne

- Wiązka laserowa podgrzewa materiał do temperatury wrzenia, powodując jego odparowanie. Ta metoda jest odpowiednia do materiałów takich jak drewno lub tworzywa sztuczne, ale można ją również stosować do cienkich metali.

B. Cięcie metodą topienia i rozdmuchu (cięcie metodą stapiania)

- Materiał jest podgrzewany aż do stopienia, a gaz pod wysokim ciśnieniem (często azot) wydmuchuje stopiony metal z miejsca cięcia. Ta metoda jest powszechna w przypadku cięcia metali, takich jak stal nierdzewna i aluminium.

C. Cięcie reaktywne (cięcie płomieniem)

- Metoda ta, znana również jako cięcie laserowe wspomagane tlenem, jest podobna do cięcia tlenowo-paliwowego. Tlen jest wdmuchiwany do obszaru cięcia, a metal reaguje z tlenem, wytwarzając dodatkowe ciepło i przyspieszając proces cięcia. Jest to często używane do cięcia grubej stali.

D. Pękanie pod wpływem naprężeń termicznych

- Niektóre kruche materiały, takie jak szkło, można ciąć przy użyciu kontrolowanego naprężenia termicznego. Laser powoduje miejscowe nagrzewanie, a gdy materiał się ochładza, pęka wzdłuż ścieżki cięcia.

5. Zalety cięcia laserowego metalu

- Wysoka precyzja: cięcie laserowe pozwala uzyskać niezwykle dokładne cięcia z wąskimi tolerancjami, dzięki czemu idealnie nadaje się do skomplikowanych projektów.

- Czyste cięcie: Laser wytwarza gładkie, czyste krawędzie, często eliminując potrzebę dodatkowego wykończenia.

- Wszechstronność: cięcie laserowe umożliwia obróbkę szerokiej gamy metali i różnych grubości, od cienkich arkuszy po grubsze blachy.

- Mniejsza ilość odpadów: Cięcie laserowe jest bardzo wydajne i pozwala ograniczyć straty materiału w porównaniu z innymi metodami cięcia.

- Szybkość: Zapewnia większe prędkości cięcia, szczególnie podczas cięcia cieńszych metali, w porównaniu z tradycyjnymi metodami, takimi jak cięcie mechaniczne.

6. Zastosowania cięcia laserowego w metalu

Cięcie laserem znajduje zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu m.in.:

- Motoryzacja: Do cięcia części metalowych, takich jak elementy podwozia i części silnika.

- Przemysł lotniczy: tworzenie precyzyjnych komponentów do samolotów i statków kosmicznych.

- Produkcja: Do niestandardowej produkcji metalu, w tym wsporników, obudów i części blaszanych.

- Tworzenie biżuterii: szczegółowe projekty i wzory z metalu.

- Konstrukcja: Cięcie stalowych belek, paneli i okładzin.

Wniosek

Laserowe cięcie metalu to wysoce wydajny i precyzyjny proces, zapewniający doskonałą dokładność, szybkość i elastyczność w wielu gałęziach przemysłu. Niezależnie od tego, czy tniesz cienką blachę, czy grube blachy stalowe, odpowiednia metoda i sprzęt do cięcia laserowego mogą znacząco poprawić produktywność i zmniejszyć straty materiału. Zrozumienie procesu zapewnia lepszą kontrolę jakości i pomaga w wyborze najodpowiedniejszego rodzaju cięcia laserowego dla konkretnych potrzeb obróbki metalu.

Dongguan Fu Cheng Xin Communication Technology Co., Ltd. zajmuje się rozwojem, produkcją, montażem i kompleksowymi dostawcami sprzętu ODM. Zapraszamy do wysłania zapytania pod adres Lei.wang@dgfcd.com.cn.