Lasereid kasutati esimest korda lõikamiseks 1970. aastatel. Kaasaegses tööstuslikus tootmises kasutatakse laserlõikust laialdaselt lehtmetalli, plasti, klaasi, keraamika, pooljuhtide, tekstiili, puidu ja paberi töötlemisel.
Lähiaastatel saavutab olulise kasvu ka laserlõikuse rakendamine täppis- ja mikrotöötluse valdkonnas.
laser lõikamine
Kui töödeldavale detailile suunatakse fokuseeritud laserkiir, kuumeneb kiiritatud ala dramaatiliselt, et materjal sulaks või aurustub. Niipea kui laserkiir toorikusse tungib, algab lõikamisprotsess: Laserkiir liigub materjali sulamise ajal mööda kontuuri. Tavaliselt kasutatakse õhujuga, et puhuda sulatist eemale, jättes lõigatud osa ja plaadihoidja vahele kitsa vahe, mis on peaaegu sama lai kui fokuseeritud laserkiir.
Leegiga lõikamine
Hapnikuga lõikamine on standardne pehme terase lõikamise protsess, kasutades lõikegaasina hapnikku. Lõikusse puhutakse kuni 6 baari rõhuga hapnikku. Seal reageerib kuumutatud metall hapnikuga: algab põlemine ja oksüdeerumine. Keemiline reaktsioon vabastab suurel hulgal energiat (kuni viis korda laseri võimsusest suurem), et aidata laserkiirt lõikamisel.
pilt
Joonis 1 Laserkiir sulatab töödeldava detaili ja lõikegaas puhub sisselõikes sulamaterjali ja räbu minema
Sulatamine lõikamine
Sulamislõikamine on teine standardne protsess, mida kasutatakse metalli lõikamisel. Võib kasutada ka muude sulavate materjalide, näiteks keraamika, lõikamiseks.
Lõikegaasina kasutatakse lämmastikku või argooni ja gaas rõhuga 2-20 baari puhutakse läbi sisselõike. Argoon ja lämmastik on inertgaasid, mis tähendab, et nad ei reageeri sisselõikes oleva sulametalliga, vaid puhuvad selle põhja poole. Samal ajal võib inertgaas kaitsta lõiketera õhuga oksüdeerumise eest.
suruõhu lõikamine
Suruõhku saab kasutada ka õhukeste lehtede lõikamiseks. Õhk, mis on survestatud kuni 5-6 baarini, on piisav sulametalli lõikamiseks välja puhumiseks. Kuna õhus on peaaegu 80 protsenti lämmastikku, on suruõhu lõikamine põhimõtteliselt termotuumasünteesi lõikamine.
plasma abiga lõikamine
Kui parameetrid on õigesti valitud, ilmub plasma abiga sulatuslõike lõikusse plasmapilv. Plasmapilv koosneb ioniseeritud metalliaurust ja ioniseeritud lõikegaasist. Plasmapilv neelab CO2 laseri energia ja kannab selle töödeldavasse detaili, nii et toorikuga ühendatakse rohkem energiat ja materjal sulab kiiremini, mille tulemuseks on kiirem lõikekiirus. Seetõttu nimetatakse seda lõikamisprotsessi ka kiireks plasmalõikamiseks.
Plasmapilved on tahkislaseritele praktiliselt läbipaistvad, seega saab plasma abil sulatuslõikamiseks kasutada ainult CO2 lasereid.
pilt
gaasistamise lõikamine
Gaasistamisel lõikamine aurustab materjali, minimeerides ümbritsevate materjalide termilise mõju. Seda on võimalik saavutada madala kuumuse ja kõrge neeldumisvõimega materjalide (nt õhukesed plastkiled) ja ka mittesulavate materjalide (nt puit, paber, vaht jne) aurustamisega, kasutades pidevat CO2 lasertöötlust.
Ultralühipulsslaserid võimaldavad seda tehnikat rakendada ka muude materjalide puhul. Metalli vabad elektronid neelavad laservalgust ja kuumenevad ägedalt. Laseriimpulssid ei reageeri sulaosakeste ja plasmaga ning materjal sublimeerub otse, jätmata aega energia ülekandmiseks soojuse kujul ümbritsevatele materjalidele. Pikosekundilised impulsid eemaldavad materjali ilma oluliste termiliste mõjudeta, sulamise ja jämeduse tekketa.
pilt
Joonis 3 Gaasistamine lõikamine: laser aurustab ja põletab materjali. Auru rõhk paneb räbu sisselõikest välja voolama
Parameetrid: töötlemisprotsessi reguleerimine
Laserlõikamise protsessi mõjutavad paljud parameetrid, millest mõned sõltuvad laseri ja tööpingi tehnilisest jõudlusest, teised aga erinevad.
polarisatsiooni aste
Polarisatsiooniaste näitab, mitu protsenti laservalgusest muundatakse. Tüüpiline polarisatsiooniaste on umbes 90 protsenti. See on kvaliteetse lõike jaoks enam kui piisav.
fookuskaugus läbimõõt
Fookusdiameeter mõjutab lõikelaiust ja fookusdiameetrit saab muuta teravustamispeegli fookuskaugust muutes. Väiksem fookusdiameeter tähendab kitsamat sisselõiget.
fookuse asend
Fookusasend määrab kiire läbimõõdu ja võimsustiheduse töödeldava detaili pinnal ning sisselõike kuju.
pilt
Joonis 4 Fookusasend: tooriku sees, tooriku pinnal ja tooriku kohal
laseri võimsus
Laseri võimsus peaks vastama töötlemise tüübile, materjali tüübile ja paksusele. Võimsus peab olema piisavalt suur, et tooriku võimsustihedus ületaks töötlemisläve.
pilt
Joonis 5 Suurema laservõimsusega saab lõigata paksemaid materjale
Töörežiim
Pidevat režiimi kasutatakse peamiselt metalli ja plasti standardprofiilide lõikamiseks millimeetrist sentimeetrini. Perforatsioonide sulatamiseks või täpsete kontuuride loomiseks kasutatakse madala sagedusega impulsslasereid.
lõikekiirus
Laseri võimsus ja lõikekiirus peavad vastama. Liiga kiire või liiga aeglane lõikekiirus suurendab karedust ja jämedust.
pilt
Joonis 6 Lõikekiirus väheneb lehe paksuse kasvades
Düüsi läbimõõt
Düüsi läbimõõt määrab düüsist väljuva gaasivoolu voolukiiruse ja kuju. Mida paksem on materjal, seda suurem on gaasijoa läbimõõt ja vastavalt ka düüsi ava läbimõõt.
Gaasi puhtus ja õhurõhk
Lõikegaasidena kasutatakse sageli hapnikku ja lämmastikku. Gaasi puhtus ja rõhk mõjutavad lõikeefekti.
Hapnikkütusega lõikamisel on nõutav gaasi puhtus 99,95 protsenti. Mida paksem on terasplaat, seda madalamat gaasirõhku kasutatakse.
Lämmastikuga liitlõikamiseks on vaja gaasi puhtust 99,995 protsenti (ideaaljuhul 99,999 protsenti) ja paksemate terasplaatide sulatamiseks on vaja suuremat gaasirõhku.
Tehniliste andmete leht
Laserlõikamise algusaegadel pidid kasutajad proovitöö abil ise töötlemisparameetrite seadistamise otsustama. Väljakujunenud töötlemisparameetrid on nüüd salvestatud lõikesüsteemi juhtseadmesse. Iga materjali tüübi ja paksuse kohta on vastavad andmed. Tehniline andmeleht võimaldab laserlõikusseadmete tõrgeteta töötamist ka neile, kes seda tehnoloogiat ei tunne.
Laserlõikamise kvaliteedi hindamise tegurid
Laserlõikeserva kvaliteedi hindamisel on palju kriteeriume. Selliseid standardeid nagu jäme kuju, depressioon ja tekstuur saab hinnata palja silmaga; vertikaalsust, karedust ja sisselõike laiust jne tuleb mõõta spetsiaalsete instrumentidega. Materjali sadestumine, korrosioon, kuumusest mõjutatud tsoon ja deformatsioon on samuti olulised tegurid laserlõikamise kvaliteedi mõõtmisel.
