Ang pagpaila sa Laser cutting

Ang pagputol sa laser usa ka teknolohiya nga naggamit sa usa ka laser sa pag-alisngaw sa mga materyales, nga miresulta sa usa ka giputol nga ngilit.Samtang kasagarang gigamit alang sa mga aplikasyon sa paggama sa industriya, gigamit na kini sa mga eskuylahan, gagmay nga negosyo, arkitektura, ug mga hobbyist.Ang pagputol sa laser naglihok pinaagi sa pagdumala sa output sa usa ka high-power nga laser nga kasagaran pinaagi sa optika.Ang laser optics ug CNC (computer numerical control) gigamit sa pagdirekta sa laser beam sa materyal.Ang usa ka komersyal nga laser alang sa pagputol sa mga materyales naggamit sa usa ka sistema sa pagkontrol sa paglihok sa pagsunod sa usa ka CNC o G-code sa sumbanan nga pagaputlon ngadto sa materyal.Ang naka-focus nga laser beam gitumong sa materyal, nga unya matunaw, masunog, maalisngaw, o mapadpad sa usa ka jet sa gas, [1] nga nagbilin usa ka ngilit nga adunay taas nga kalidad nga pagkahuman sa ibabaw.

Kasaysayan
Sa 1965, ang unang produksyon sa laser cutting machine gigamit sa drill buslot sa brilyante mamatay.Kini nga makina gihimo sa Western Electric Engineering Research Center.[3]Sa 1967, ang British nagpayunir sa laser-assisted oxygen jet cutting para sa mga metal.[4]Sa sayong bahin sa 1970s, kini nga teknolohiya gibutang sa produksiyon aron maputol ang titanium alang sa mga aplikasyon sa aerospace.Sa samang higayon ang CO2 lasers gipahaom sa pagputol sa mga dili metal, sama sa mga panapton, tungod kay, niadtong panahona, ang CO2 lasers dili igo nga kusog aron mabuntog ang thermal conductivity sa mga metal.[5]

Proseso

Ang pagputol sa laser sa industriya sa asero nga adunay mga panudlo sa pagputol nga giprograma pinaagi sa interface sa CNC
Ang laser beam kasagarang naka-focus gamit ang taas nga kalidad nga lens sa work zone.Ang kalidad sa sagbayan adunay direkta nga epekto sa gipunting nga gidak-on sa lugar.Ang pinakapig-ot nga bahin sa gipunting nga sagbayan kasagaran ubos sa 0.0125 ka pulgada (0.32 mm) ang diyametro.Depende sa gibag-on sa materyal, posible ang mga gilapdon sa kerf nga ingon ka gamay sa 0.004 ka pulgada (0.10 mm).[6]Aron makahimo sa pagsugod sa pagputol gikan sa usa ka dapit gawas sa ngilit, usa ka pierce gihimo sa wala pa ang matag pagputol.Ang pagpatusok kasagaran naglakip sa usa ka high-power pulsed laser beam nga hinay-hinay nga mohimo og buslot sa materyal, nga mokabat ug 5–15 segundos alang sa 0.5-pulgada nga gibag-on (13 mm) nga stainless steel, pananglitan.

Ang parallel rays sa coherent light gikan sa laser source sagad mahulog sa range tali sa 0.06–0.08 inches (1.5–2.0 mm) ang diyametro.Kini nga sinag sa kasagaran gipunting ug gipakusog pinaagi sa usa ka lente o usa ka salamin sa usa ka gamay kaayo nga lugar nga mga 0.001 ka pulgada (0.025 mm) aron makahimo usa ka grabe nga laser beam.Aron makab-ot ang labing hapsay nga mahimo nga pagkahuman sa panahon sa pagputol sa contour, ang direksyon sa polarization sa sinag kinahanglan nga i-rotate samtang kini naglibot sa periphery sa usa ka contoured workpiece.Alang sa pagputol sa sheet metal, ang focal length kasagaran 1.5–3 pulgada (38–76 mm).[7]

Ang mga bentaha sa pagputol sa laser kay sa mekanikal nga pagputol naglakip sa mas sayon ​​nga pagtrabaho ug pagkunhod sa kontaminasyon sa workpiece (tungod kay walay cutting edge nga mahimong kontaminado sa materyal o makahugaw sa materyal).Ang katukma mahimong mas maayo, tungod kay ang laser beam dili magsul-ob sa panahon sa proseso.Adunay usab usa ka pagkunhod sa kahigayonan sa pag-warping sa materyal nga giputol, tungod kay ang mga sistema sa laser adunay gamay nga zone nga apektado sa kainit.[8]Ang ubang mga materyales lisud usab kaayo o imposible nga putlon pinaagi sa mas tradisyonal nga paagi.

Ang pagputol sa laser alang sa mga metal adunay mga bentaha sa pagputol sa plasma nga labi ka tukma [9] ug paggamit og gamay nga kusog sa pagputol sa sheet metal;bisan pa, kadaghanan sa mga industriyal nga laser dili makaputol sa mas dako nga gibag-on sa metal nga mahimo sa plasma.Ang mas bag-o nga mga makina sa laser nga naglihok sa mas taas nga gahum (6000 watts, kon itandi sa sayo nga laser cutting machines '1500 watt ratings) nagkaduol sa mga makina sa plasma sa ilang abilidad sa pagputol sa baga nga mga materyales, apan ang kapital nga gasto sa maong mga makina mas taas kay sa plasma. cutting machine nga makahimo sa pagputol sa baga nga mga materyales sama sa steel plate.[10]

Mga tipo

4000 watt CO2 laser cutter
Adunay tulo ka nag-unang matang sa mga laser nga gigamit sa laser cutting.Ang CO2 laser haum alang sa pagputol, paglaay, ug pagkulit.Ang neodymium (Nd) ug neodymium yttrium-aluminum-garnet (Nd:YAG) nga mga laser parehas sa estilo ug magkalahi lamang sa paggamit.Ang Nd gigamit alang sa boring ug diin gikinahanglan ang taas nga kusog apan ubos nga pagbalik-balik.Ang Nd:YAG laser gigamit kung diin kinahanglan ang taas kaayo nga gahum ug alang sa paglaay ug pagkulit.Parehong CO2 ug Nd/Nd:YAG lasers mahimong gamiton alang sa welding.[11]

Ang mga laser sa CO2 kasagarang "gibomba" pinaagi sa pagpasa sa usa ka sulog pinaagi sa gas mix (DC-excited) o paggamit sa radio frequency energy (RF-excited).Ang pamaagi sa RF mas bag-o ug nahimong mas popular.Tungod kay ang mga disenyo sa DC nanginahanglan mga electrodes sa sulod sa lungag, mahimo nilang masugatan ang pagguho sa electrode ug pag-plating sa materyal nga electrode sa mga glassware ug optika.Tungod kay ang mga RF resonator adunay mga eksternal nga electrodes dili sila dali sa mga problema.Ang CO2 laser gigamit alang sa industriyal nga pagputol sa daghang mga materyales lakip na ang titanium, stainless steel, mild steel, aluminum, plastic, wood, engineered wood, wax, tela, ug papel.Ang YAG lasers kay kasagarang gigamit sa pagputol ug pagsulat sa mga metal ug seramiko.[12]

Dugang pa sa tinubdan sa kuryente, ang matang sa gas flow makaapekto usab sa performance.Ang kasagarang mga variant sa CO2 lasers naglakip sa paspas nga axial flow, slow axial flow, transverse flow, ug slab.Sa usa ka paspas nga axial flow resonator, ang sagol nga carbon dioxide, helium ug nitrogen gipalibot sa taas nga tulin pinaagi sa usa ka turbine o blower.Ang mga transverse flow laser nag-circulate sa gas mix sa mas ubos nga tulin, nga nagkinahanglan og mas simple nga blower.Ang mga slab o diffusion cooled resonator adunay usa ka static nga natad sa gas nga wala magkinahanglan og pressure o mga galamiton sa bildo, nga mosangpot sa pagdaginot sa mga puli nga turbine ug mga galamiton sa bildo.

Ang laser generator ug external optics (lakip ang focus lens) nanginahanglan pagpabugnaw.Depende sa gidak-on ug configuration sa sistema, ang kainit sa basura mahimong ibalhin sa coolant o direkta sa hangin.Ang tubig kay kasagarang gigamit nga coolant, kasagaran gipalibot pinaagi sa chiller o heat transfer system.

Ang laser microjet kay usa ka water-jet guided laser diin ang usa ka pulsed laser beam gidugtong ngadto sa usa ka low-pressure nga water jet.Gigamit kini sa paghimo sa mga gimbuhaton sa pagputol sa laser samtang naggamit sa water jet aron sa paggiya sa laser beam, sama sa usa ka optical fiber, pinaagi sa kinatibuk-ang internal nga pagpamalandong.Ang mga bentaha niini mao nga ang tubig nagtangtang usab sa mga tinumpag ug nagpabugnaw sa materyal.Dugang nga mga bentaha sa tradisyonal nga "uga" nga pagputol sa laser mao ang taas nga dicing speed, parallel kerf, ug omnidirectional cutting.[13]

Ang mga fiber laser usa ka klase sa solid state laser nga paspas nga nagtubo sa sulod sa industriya sa pagputol sa metal.Dili sama sa CO2, ang Fiber nga teknolohiya naggamit sa usa ka solid gain medium, sukwahi sa gas o likido.Ang "seed laser" naghimo sa laser beam ug dayon gipadako sulod sa usa ka glass fiber.Uban sa wavelength nga 1064 nanometer fiber lasers makagama og hilabihan ka gamay nga spot size (hangtod sa 100 ka beses nga mas gamay kon itandi sa CO2) nga naghimo niini nga sulundon alang sa pagputol sa reflective metal nga materyal.Kini mao ang usa sa mga nag-unang bentaha sa Fiber itandi sa CO2.[14]

Ang mga benepisyo sa fiber laser cutter naglakip sa: -

Paspas nga mga oras sa pagproseso.
Pagkunhod sa konsumo sa enerhiya ug mga bayronon - tungod sa mas dako nga kahusayan.
Labaw nga kasaligan ug pasundayag - walay mga optika nga i-adjust o i-align ug walay mga lampara nga ilisan.
Minimal nga pagmentinar.
Ang katakus sa pagproseso sa mga materyal nga nagpabanaag kaayo sama sa tumbaga ug tumbaga
Mas taas nga produktibidad – mas mubu nga gasto sa operasyon nagtanyag og mas dako nga pagbalik sa imong puhunan.[15]

Pamaagi
Adunay daghang lainlaing mga pamaagi sa pagputol gamit ang mga laser, nga adunay lainlaing mga tipo nga gigamit sa pagputol sa lainlaing materyal.Pipila sa mga pamaagi mao ang pag-alisngaw, pagtunaw ug paghuyop, pagtunaw sa paghuyop ug pagsunog, pag-crack sa tensiyon sa kainit, pagsulat, pagputol sa bugnaw ug pagsunog nga gipalig-on ang pagputol sa laser.

Pagputol sa singaw
Sa vaporization cutting ang naka-focus nga beam nagpainit sa nawong sa materyal ngadto sa flashpoint point ug makamugna og keyhole.Ang keyhole modala ngadto sa usa ka kalit nga pagtaas sa pagsuyup sa madali pagpalawom sa lungag.Samtang molalom ang lungag ug mobukal ang materyal, ang alisngaw nga namugna moguba sa tinunaw nga mga bungbong nga mogawas ug mopadako pa sa lungag.Ang dili matunaw nga materyal sama sa kahoy, carbon ug thermoset nga plastik kasagarang giputol pinaagi niini nga pamaagi.
Matunaw ug huyop
Ang pagtunaw ug paghuyop o pagputol sa fusion naggamit sa taas nga presyur nga gas aron ihuyop ang tinunaw nga materyal gikan sa lugar nga giputol, nga makapakunhod pag-ayo sa kinahanglanon sa kuryente.Una ang materyal gipainit hangtod sa pagkatunaw nga punto unya ang usa ka gas jet naghuyop sa tinunaw nga materyal gikan sa kerf nga naglikay sa panginahanglan sa pagpataas sa temperatura sa materyal bisan unsang dugang.Ang mga materyales nga giputol uban niini nga proseso kasagaran mga metal.

Thermal stress cracking
Ang mga brittle nga materyales labi ka sensitibo sa thermal fracture, usa ka bahin nga gipahimuslan sa thermal stress cracking.Ang usa ka sagbayan gipunting sa ibabaw nga hinungdan sa lokal nga pagpainit ug pagpalapad sa init.Kini moresulta sa usa ka liki nga mahimong magiyahan pinaagi sa paglihok sa sagbayan.Ang liki mahimong ibalhin sa han-ay sa m/s.Kasagaran kini gigamit sa pagputol sa baso.

Stealth dicing sa mga wafer sa silicon
Dugang nga kasayuran: Wafer dicing
Ang pagbulag sa microelectronic chips ingon nga giandam sa semiconductor device fabrication gikan sa silicon wafers mahimong ipahigayon sa gitawag nga stealth dicing process, nga naglihok sa usa ka pulsed Nd:YAG laser, ang wavelength niini (1064 nm) maayo nga gipahaum sa electronic band gap sa silicon (1.11 eV o 1117 nm).

Reaktibo nga pagputol
Gitawag usab nga "nagdilaab nga stabilized laser gas cutting", "flame cutting".Ang reaktibo nga pagputol sama sa pagputol sa sulo sa oxygen apan adunay laser beam ingon nga gigikanan sa ignition.Kasagaran nga gigamit alang sa pagputol sa carbon steel sa gibag-on nga labaw sa 1 mm.Kini nga proseso mahimong gamiton sa pagputol sa baga kaayo nga steel plates nga adunay medyo gamay nga laser power.

Mga pagtugot ug pagtapos sa ibabaw
Ang mga tigputol sa laser adunay katukma sa pagposisyon sa 10 micrometers ug repeatability sa 5 micrometers.[gikinahanglan ang pagsaysay]

Ang standard roughness Rz nagdugang sa gibag-on sa sheet, apan mikunhod uban sa laser power ug cutting speed.Kung ang pagputol sa ubos nga carbon steel nga adunay gahum sa laser nga 800 W, ang standard roughness Rz mao ang 10 μm alang sa gibag-on sa sheet nga 1 mm, 20 μm alang sa 3 mm, ug 25 μm alang sa 6 mm.

{\displaystyle Rz={\frac {12.528\cdot S^{0.542}}{P^{0.528}\cdot V^{0.322}}}}{\displaystyle Rz={\frac {12.528\cdot S^{0.542 }}{P^{0.528}\cdot V^{0.322}}}}
Diin: {\displaystyle S=}S= steel sheet gibag-on sa mm;{\displaystyle P=}P= laser power sa kW (pipila ka bag-ong laser cutter adunay laser power nga 4 kW);{\displaystyle V=}V= katulin sa pagputol sa metro kada minuto.[16]

Kini nga proseso makahimo sa pagkupot og duol nga pagtugot, kasagaran sulod sa 0.001 ka pulgada (0.025 mm).Ang bahin nga geometry ug ang mekanikal nga kahimsog sa makina adunay daghang kalabotan sa mga kapabilidad sa pagtugot.Ang kasagaran nga paghuman sa ibabaw nga resulta sa pagputol sa laser beam mahimong gikan sa 125 ngadto sa 250 micro-pulgada (0.003 mm ngadto sa 0.006 mm).[11]

Mga configuration sa makina

Dual-pallet flying optika laser

Naglupad nga optical laser ulo
Adunay kasagaran nga tulo ka lain-laing mga configuration sa industriyal nga laser cutting machines: nagalihok nga materyal, hybrid, ug nagalupad optics sistema.Kini nagtumong sa paagi nga ang laser beam gibalhin ibabaw sa materyal nga pagaputlon o iproseso.Alang sa tanan niini, ang mga axes sa paglihok sagad nga gitudlo nga X ug Y axis.Kung ang pagputol sa ulo mahimong kontrolado, kini gitudlo nga Z-axis.

Ang pagbalhin sa materyal nga mga laser adunay usa ka nakahunong nga pagputol sa ulo ug ibalhin ang materyal sa ilawom niini.Kini nga pamaagi naghatag og usa ka kanunay nga gilay-on gikan sa laser generator ngadto sa workpiece ug sa usa ka punto gikan sa nga sa pagtangtang sa cutting effluent.Nagkinahanglan kini og gamay nga optika, apan nagkinahanglan sa paglihok sa workpiece.Kini nga estilo nga makina adunay labing gamay nga beam delivery optics, apan mahimo usab nga labing hinay.

Ang mga hybrid nga laser naghatag ug lamesa nga naglihok sa usa ka axis (kasagaran ang X-axis) ug gipalihok ang ulo subay sa mas mugbo (Y) axis.Nagresulta kini sa usa ka mas kanunay nga gitas-on sa agianan sa paghatud sa sagbayan kaysa sa usa ka makina nga naglupad nga optic ug mahimong magtugot sa usa ka mas simple nga sistema sa paghatod sa sagbayan.Mahimong moresulta kini sa pagkunhod sa pagkawala sa kuryente sa sistema sa paghatud ug mas daghang kapasidad matag watt kaysa sa mga makina sa paglupad sa optika.

Ang naglupad nga optika nga mga laser adunay usa ka nakahunong nga lamesa ug usa ka pagputol sa ulo (nga adunay laser beam) nga naglihok sa ibabaw sa workpiece sa duha nga pinahigda nga mga sukat.Ang mga flying optics cutter nagpugong sa workpiece sa panahon sa pagproseso ug kasagaran wala magkinahanglan og materyal nga clamping.Ang paglihok nga masa mao ang kanunay, mao nga dynamics dili maapektuhan sa lain-laing mga gidak-on sa workpiece.Ang flying optics nga mga makina mao ang pinakapaspas nga matang, nga mas maayo kon magputol sa nipis nga mga workpiece.[17]

Ang mga flying optic nga makina kinahanglang mogamit ug pipila ka paagi aron makonsiderar ang nag-usab-usab nga gitas-on sa sagbayan gikan sa duol nga field (duol sa resonator) pagputol ngadto sa layo nga field (layo sa resonator) pagputol.Ang kasagarang mga pamaagi sa pagkontrol niini naglakip sa collimation, adaptive optics o paggamit sa usa ka axis sa gitas-on sa beam.

Ang lima ug unom ka axis nga makina nagtugot usab sa pagputol sa mga naporma nga workpiece.Dugang pa, adunay lainlaing mga pamaagi sa pag-orient sa laser beam sa usa ka porma nga workpiece, pagpadayon sa usa ka husto nga distansya sa pagtutok ug paghunong sa nozzle, ug uban pa.

Nagpul-ong
Ang mga pulsed nga laser nga naghatag usa ka kusog nga pagbuto sa kusog sa mubo nga panahon epektibo kaayo sa pipila nga mga proseso sa pagputol sa laser, labi na alang sa pagtusok, o kung gikinahanglan ang gagmay nga mga lungag o ubos kaayo nga katulin sa pagputol, tungod kay kung gigamit ang kanunay nga laser beam, ang kainit makaabot sa punto nga matunaw ang tibuok piraso nga giputol.

Kadaghanan sa mga industriyal nga laser adunay abilidad sa pagpulso o pagputol sa CW (continuous wave) ubos sa NC (numerical control) nga kontrol sa programa.

Ang doble nga mga laser sa pulso naggamit usa ka serye sa mga pares sa pulso aron mapaayo ang rate sa pagtangtang sa materyal ug kalidad sa lungag.Sa esensya, ang una nga pulso nagtangtang sa materyal gikan sa ibabaw ug ang ikaduha nagpugong sa ejecta gikan sa pagsunod sa kilid sa lungag o giputol.[18]