Laserleikkaustekniikan tulon jälkeen -20 -vuosisadan keskuudessa, vuosien kehityksen jälkeen, siitä on tullut välttämätön käsittelymenetelmä nykyaikaisessa valmistuksessa. Seuraavat ovat sen kehityksen useita suuria vaiheita:
Teknologinen alkion vaihe (1960 -luvut)
Vuonna 1960 ensimmäisen käytännön laserin keksintö merkitsi lasertekniikan syntymää. Samana vuonna amerikkalaiset tutkijat yrittivät ensin käyttää lasereita materiaalin leikkaamiseen, lähinnä ohuiden metallilevyjen ja reikien poraamiseen. Laserleikkaustekniikkaa tänä aikana käytettiin pääasiassa tieteellisillä tutkimuksilla ja sotilaallisilla aloilla, eikä sitä ollut vielä käytetty laajasti teollisuustuotannossa.
Varhainen teollistuminen (1970 -luku)
1970 -luvulla laserien suorituskyky parani vähitellen, etenkin hiilidioksidilaserien syntymistä, mikä mahdollisti laserleikkauksen soveltamisen teollisuusalalla. Vuonna 1975 laserleikkauskoneita alettiin käyttää metalli- ja ei-metallimateriaalien käsittelyyn, kuten korkean tarkkuuden osien valmistukseen ilmailualan kentällä. Tässä vaiheessa laserleikkaustekniikkaa rajoittivat edelleen korkeat kustannukset ja monimutkainen toiminta, ja sen suosio oli alhainen.
Teknologinen kypsyys (1980 -luvut)
1980 -luvulla tietokoneen numeerisen ohjauksen (CNC) tekniikan kehittäminen edisti huomattavasti laserleikkaustekniikan kehitystä. Laserleikkauskoneet ovat vähitellen saavuttaneet automaation ja korkean tarkan hallinnan, ja leikkuunopeutta ja laatua on parantunut merkittävästi. Lisäksi kuitulaserien tutkimus ja kehitys on edelleen laajentanut laserleikkauksen levitysaluetta. Tänä aikana laserleikkausta alkoi käyttää laajasti teollisuudenaloilla, kuten autojen valmistuksella, elektronisilla tuotteilla ja lääkinnällisillä laitteilla.
Nopea kehityskausi (1990 -luvut)
1990 -luvulla laserleikkaustekniikka teki suuria läpimurtoja voimassa ja vakaudessa. Teollisuusautomaation kasvavan kysynnän myötä suuritehoisten laserien syntyminen antoi mahdolliseksi leikata paksuja metallilevyjä. Samanaikaisesti laserleikkauksen kustannukset ovat laskeneet huomattavasti, joten se on edullinen pienille ja keskisuurille yrityksille. Globaalit laserleikkausmarkkinat kasvoivat nopeasti tässä vaiheessa, ja tekniikasta tuli vähitellen suosittu.
Älykäs ja monipuolinen ajanjakso (2000 -luvulla)
2000 -luvulle saapuessaan laserleikkaustekniikka on aloittanut älykkään ja monipuolisen kehityksen vaiheeseen. Kuitulasereista on tullut markkinoiden valtavirta korkealla tehokkuudella, alhaisella ylläpitokustannuksellaan ja vahvalla sopeutumiskyvyllä. Samanaikaisesti laserleikkauslaitteet yhdistetään tekoälyn, isojen tietojen ja esineiden Internet -tekniikoiden kanssa älykkään tuotannon ja etävalvonnan saavuttamiseksi. Lisäksi ultra-ohjelmien kehittäminen on tehnyt mikronin tason ja jopa nanometrin tason tarkkuuden leikkaamalla todellisuutta, laajentaen sovellustaan ilmailu-, lääketieteellisessä, elektroniikassa ja uusissa energiakentissä.
Laserien sukupolvi
Laserleikkauksen ydin on laser. Laser muuntaa energian korkean intensiteetin säteen stimuloidun säteilyprosessin kautta. Yleisesti käytettyjä lasereita ovat:
● CO2-laser: Soveltuu ei-metallisten materiaalien ja joidenkin metallien leikkaamiseen.
● Kuitulaser: korkea hyötysuhde, vahva stabiilisuus, sopiva metallinkäsittelyyn.
● Kiinteä laser: kuten Nd: YAG -laser, joka sopii hienoon prosessointiin ja mikroprosessointiin.
Laserin lähettämällä laserilla on korkea yksivärisuus, korkea suuntaus ja korkea energiatiheys, mikä tarjoaa perusvalonlähdettä leikkaamiseen.
Säteen tarkennus
Lasersäde on keskittynyt materiaalin pintaan keskittyvän peilin tai kuituoptisen siirtojärjestelmän kautta erittäin pienen polttoalueen muodostamiseksi. Pisteen halkaisija keskittymisen jälkeen on yleensä kymmenien mikronien ja satojen mikronin välillä, ja energiatiheys voi olla jopa 10⁶ -10 ⁹ ⁹ ⁹ w/cm². Tämä korkea energiatiheys aiheuttaa materiaalin lämmittämisen paikallisesti sulamiseen, höyrystymiseen tai jopa plasmatilaan lyhyessä ajassa. Kohdennetun säteen tarkkuus määrittää suoraan leikkauksen laadun, joten korkean suorituskyvyn tarkennusjärjestelmä on tärkeä osa laserleikkausta.
Materiaalien lämpövaikutus
Kun fokusoitu lasersäte säteilytetään materiaalin pinnalle, se reagoi lämpöä materiaaliin. Erityinen prosessi sisältää:
● Valon energian imeytyminen: Materiaalin pinta imee laserenergian ja muuntaa sen lämpöenergiaksi.
● Paikallinen lämmitys: Korkea energiatiheys aiheuttaa säteilypistettä lämmityksen nopeasti sulamispisteeseen tai kiehumispisteeseen.
● Materiaalin poisto: Sulaan tai höyrystynyt materiaali poistetaan leikkausalueella viillon muodostamiseksi.
Lämpötoiminnan tavan mukaan laserleikkaus on jaettu seuraaviin tiloihin:
● Sulan leikkaus: Laser sulaa materiaalin ja sulan materiaali puhalletaan apukaasulla.
● Höyrystysleikkaus: Laser höyrystää suoraan materiaalin, joka soveltuu tarkkaan mikrohuoneen.
● Hapetusleikkaus: Laser lämmittää materiaalia ja reagoi hapen kanssa leikkaustehokkuuden parantamiseksi.
Apukaasun rooli
Apukaasu, kuten happi, typpi tai paineilma, otetaan yleensä käyttöön laserleikkauksen aikana. Sen toimintoja ovat:
● Sulan materiaalin poistaminen: Apukaasu puhaltaa sulan tai höyrystyneen materiaalin pois leikkuualueelta puhtaan viillon varmistamiseksi.
● Jäähdytysmateriaali: Estä materiaalin ylikuumeneminen ja leikkuureunan muodonmuutos.
● Palamistuki: Hapetuksen leikkauksessa happi voi reagoida materiaalin kanssa leikkuunopeuden ja laadun parantamiseksi.
Eri materiaalit ja leikkausvaatimukset määrittävät apukaasun tyyppi ja paine. Esimerkiksi happi sopii hiiliteräksen leikkaamiseen, kun taas typpeä käytetään ruostumattoman teräksen ja alumiinin korkealaatuiseen leikkaamiseen.
Laserleikkauksen ohjausjärjestelmä
Nykyaikaiset laserleikkauslaitteet on yleensä varustettu numeerisella ohjausjärjestelmällä (CNC), joka voi saavuttaa korkean tarkkuuden ja automatisoidun prosessoinnin. Ohjausjärjestelmän päätoiminnot ovat:
● Suunta -suunnittelu: Ohjaa tarkasti laserpään liikkumispolkua suunnittelupiirustusten mukaan.
● Tehon säätely: Säädä laservoimaa materiaalin ja leikkaamisen mukaan.
● Focus -aseman hallinta: Pidä paras leikkausvaikutus dynaamisen tarkennusjärjestelmän kautta.
Älykkäiden ohjausjärjestelmien soveltaminen on parantanut huomattavasti laserleikkauksen tarkkuutta ja tehokkuutta.
Leikkausprosessin muodostuminen
Laserleikkaus saadaan päätökseen pisteellä pisteen lämmityksellä ja materiaalien poistamisella. Leikkausprosessi sisältää seuraavat vaiheet:
● Lävistykset: Laserpalkki lyö ensin pienen reiän materiaalin pinnalle.
● Radan muodostumisen leikkaaminen: Laserpää liikkuu asetetun radan varrella ja täydentää vähitellen leikkauksen.
● Leikkaaminen: Kun leikkausprosessi on valmis, apukaasu poistaa jäännöksen sileän leikkuupinnan muodostamiseksi.
Esittele laserleikkauskoneen pääkomponentit
Lasergeneraattori
Lasergeneraattori on laserleikkauskoneen ydinkomponentti, joka vastaa korkean energian lasersäteen luomisesta. Yleisiä laserien tyyppejä ovat kuitulaserit, hiilidioksidilaserit ja levylaserit. Niistä kuitulaserit ovat suosittuja niiden tehokkuudesta, alhaisista ylläpitokustannuksista ja laajasta sovellusvalikoimasta.
● Kuitulaserit: Soveltuu metallileikkaukseen, joka tarjoaa vakaan säteen laadun.
● CO2-laserit: Soveltuu ei-metallisiin materiaalien leikkaamiseen nopealla leikkausnopeudella.
● Levylaserit: Soveltuu tarkkaan prosessointiin, jolla on vahva sopeutumiskyky.
Laserpää
Laserpäätä käytetään keskittymään lasersäteen, keskittämään laserenergia materiaalin pintaan ja saavuttamaan tehokas leikkaus. Laserpää sisältää yleensä seuraavat avainkomponentit:
● Kohdistaminen: Varmista, että lasersäde on erittäin keskittynyt, mikä vaikuttaa leikkaustarkkuuteen.
● Suojaobjektiivi: Estä kuonaa ja pölyä saastuttamasta linssiä, pidentäen laitteiden käyttöikää.
● Automaattinen tarkennustoiminto: Säädä polttoväli sopeutuaksesi eri paksuisiin materiaaleihin ja parantamaan työn tehokkuutta.
CNC -järjestelmä
CNC -järjestelmä on laserleikkauskoneen aivot, ohjaamalla laserpään liikkeen etenemissuunta- ja leikkausparametreja. Suorituskykyiset CNC-järjestelmät voivat saavuttaa seuraavat toiminnot:
● Tarkka polun suunnittelu: Paranna leikkaustarkkuutta ja vähennä materiaalia jätettä.
● Moniakselin kytkentäohjaus: Kompleksisten kuvioiden tukeminen.
● Käyttöliittymän optimointi: Kätevä käyttäjille parametrien asettaminen ja seuranta.
Käyttöjärjestelmä
Ajoneuvojärjestelmä määrittää laserleikkauskoneen liikkeenopeuden ja tarkkuuden. Yleisiä käyttöjärjestelmiä ovat:
● Servomoottori: Tarjoaa tarkkaan liikkeenohjauksen ja sopii nopeaan leikkaukseen.
● Askelmoottori: Yksinkertainen rakenne, edulliset kustannukset, sopii keskipitkään ja alhaiseen nopeuteen.
● Lineaarinen moottori: Käytetään suurissa dynaamisissa vastetapahtumissa prosessoinnin tehokkuuden parantamiseksi.
Sängyn rakenne
Sänkyrakenne on avainosa laserleikkauskoneen tukemisessa, ja sen stabiilisuus vaikuttaa suoraan leikkausvaikutukseen.
● Piilarakenne: voimakas jäykkyys, sopiva suurikokoiseen prosessointiin.
● CanTilever-rakenne: Soveltuu pienten ja keskisuurten materiaalien leikkaamiseen.
● Honeycomb Workbench: Vähennä laserheittymää ja paranna prosessoinnin turvallisuutta.
Apukaasujärjestelmä
Apukaasujärjestelmää käytetään parantamaan leikkuulaatua. Yleisiä kaasuja ovat happi, typpi ja paineilma.
● Happi: nopeuttaa metallin hapettumista ja lisää leikkausnopeutta.
● Typpi: estää materiaalin hapettumista ja sopii korkealaatuiseen leikkaukseen.
● Paineilma: Taloudellinen ja käytännöllinen, sopiva ohut levyleikkaus.
Jäähdytysjärjestelmä
Jäähdytysjärjestelmä varmistaa lasergeneraattorin ja muiden komponenttien normaalin toiminnan korkean lämpötilan olosuhteissa.
● Vedenjäähdytysjärjestelmä: Käytetään laajasti suuritehoisissa laserlaitteissa, joilla on merkittävä jäähdytysvaikutus.
● Ilmajäähdytysjärjestelmä: Soveltuu pienille laserlaitteille, yksinkertaisella rakenteella ja helppolla kunnossapidolla.
Savu- ja pölynpoistojärjestelmä
Savun ja pölynpoistojärjestelmä on tärkeä osa toimintaympäristön suojaamista, mikä voi tehokkaasti poistaa leikkuuprosessin aikana syntyneen savun ja pölyn.
● Suodatinmoduuli: Kaappaa hienot hiukkaset ympäristön ja ihmisten terveyden suojelemiseksi.
● Poistolaite: Tarjoaa tehokkaan ilmanvaihdon ja ylläpitää työpajan ilmanlaatua.
Laserkoneen levitys laserleikkauksen kentällä
Metallimateriaalien tehokas leikkaus
Laserleikkausta käytetään laajasti metallimateriaalien prosessoinnissa, etenkin metalleissa, kuten ruostumattomasta teräksestä, alumiinista ja kuparista, ja se voi tarjota erittäin hienoja leikkuureunoja. Laserkone lämmittää metallin korkeaan lämpötilaan voimakkaan lasersäteen läpi ja sulaa sen nopeasti ja puhaltaa sulan metallin ilmavirtalla leikkauksen loppuun saattamiseksi. Laserleikkaus ei vaadi muottia ja voi nopeasti tuottaa osia monimutkaisia muotoja vähentäen tuotantokustannuksia ja aikaa.
Ei-metallisten materiaalien leikkaaminen
Metallien lisäksi laserkoneita käytetään myös laajasti ei-metallisten materiaalien leikkaamisessa. Laserleikkaus voi leikata tarkasti erilaisia materiaaleja, kuten muovia, puuta, nahkaa ja paperia. Näissä ei-metallisissa materiaaleissa laserleikkaus ei vain varmistaa leikkaustarkkuuden, vaan myös ei aiheuta materiaalien muodonmuutoksia, ja leikkuureuna on sileä, vähentäen seuraavan prosessoinnin tarvetta.
Tarkkuus koneistus ja monimutkaisten muotojen leikkaaminen
Laserleikkaustekniikka voi saavuttaa tarkan leikkauksen, etenkin osille, jotka vaativat monimutkaisia muotoja. Esimerkiksi laserkoneet voivat leikata käyriä, pyöreitä reikiä, mikroreikiä ja muita muotoja, jotka soveltuvat tarkkuuselektroniikan, mekaanisten osien ja koriste-kuvioiden valmistukseen. Laserkoneiden joustavuus tekee siitä tärkeän muotin valmistuksessa, ilmailu-, auto- ja muissa teollisuudessa.
