Een gids voor de basisprincipes van lasersnijden

Definitie

Bij lasersnijden wordt een laserstraal met een hoog vermogen gebruikt om het te snijden materiaal te bestralen, zodat het materiaal snel wordt verwarmd tot de verdampingstemperatuur en verdampt om een ​​gat te vormen. Terwijl de balk het materiaal verplaatst, vormt het gat continu een spleet met een smalle breedte om de materiaalsnede te voltooien.

Principe

De laser gebruikt stofexcitatie om licht te genereren. Dit licht heeft een sterke temperatuur. Bij contact met het materiaal kan het snel smelten op het oppervlak van het materiaal om een ​​gat te vormen. Afhankelijk van de beweging van het registratiepunt wordt het snijden gevormd. In vergelijking met de traditionele snijmethode heeft de snijmethode een kleinere opening en kan het meeste materiaal worden bespaard. De analyse wordt echter gedefinieerd op basis van het snijeffect. Het materiaal dat volgens de laser wordt gesneden, heeft een bevredigend snijeffect en een hoge nauwkeurigheid. Dit is erfelijk Naast de voordelen van laser, is het ook ongeëvenaard door gewone snijmethoden.

Lasersnijden is het gebruik van een gerichte laserstraal met hoge vermogensdichtheid om het werkstuk te bestralen, zodat het bestraalde materiaal snel smelt, verdampt, ableert of het ontstekingspunt bereikt, en tegelijkertijd wordt het gesmolten materiaal weggeblazen door de hoge- snelheidsluchtstroom coaxiaal met de straal, daardoor snijdend het werkstuk open. Lasersnijden is een van de thermische snijmethoden.

Typen

Lasersnijden kan worden onderverdeeld in vier categorieën:laserverdampingssnijden, lasersmeltsnijden, laserzuurstofsnijden, lasergraveren en gecontroleerde breuk.

1. Laserverdamping snijden

Met behulp van een laserstraal met hoge energiedichtheid om het werkstuk te verwarmen, stijgt de temperatuur snel, bereikt het in zeer korte tijd het kookpunt van het materiaal en begint het materiaal te verdampen om stoom te vormen. De uitstootsnelheid van deze dampen is zeer groot en op hetzelfde moment dat de dampen worden uitgeworpen, wordt er een snede gevormd in het materiaal. De verdampingswarmte van materialen is over het algemeen erg groot, dus laserverdamping en -snijden vereist veel kracht en vermogensdichtheid.

Laserverdampingssnijden wordt meestal gebruikt voor het snijden van extreem dunne metalen materialen en niet-metalen materialen (zoals papier, stof, hout, plastic en rubber, enz.).

2. Lasersmelten snijden

Bij lasersmeltsnijden wordt het metalen materiaal gesmolten door laserverwarming en vervolgens wordt het niet-oxiderende gas (Ar, He, N, enz.) Door het mondstuk coaxiaal met de straal gespoten en wordt het vloeibare metaal afgevoerd door de sterke druk van het gas om een ​​snede te vormen. Lasersmeltsnijden hoeft het metaal niet volledig te verdampen en de benodigde energie is slechts 1/10 van het verdampingssnijden.

Lasersmeltsnijden wordt voornamelijk gebruikt voor het snijden van materialen die niet gemakkelijk oxideren of actieve metalen, zoals roestvrij staal, titanium, aluminium en hun legeringen.

3. Laser zuurstofsnijden

Het principe van laserzuurstofsnijden is vergelijkbaar met oxyacetyleensnijden. Het gebruikt een laser als voorverwarmende warmtebron en een actief gas zoals zuurstof als snijgas. Enerzijds interageert het geblazen gas met het snijmetaal om een ​​oxidatiereactie te veroorzaken en een grote hoeveelheid oxidatiewarmte af te geven; anderzijds worden het gesmolten oxide en de smelt uit de reactiezone geblazen om een ​​snede in het metaal te vormen. Omdat de oxidatiereactie in het snijproces veel warmte genereert, is de energie die nodig is voor laserzuurstofsnijden slechts de helft van het smeltsnijden, en de snijsnelheid is veel sneller dan het laserverdampen en smeltsnijden. Laserzuurstofsnijden wordt voornamelijk gebruikt voor gemakkelijk geoxideerde metalen materialen zoals koolstofstaal, titaniumstaal en warmtebehandeld staal.

4. Laserschrijven en gecontroleerde breuk

Laserschrijven maakt gebruik van een laser met hoge energiedichtheid om het oppervlak van het brosse materiaal te scannen, zodat het materiaal wordt verwarmd om een ​​kleine groef te verdampen en vervolgens een bepaalde druk uit te oefenen, het brosse materiaal zal langs de kleine groef barsten. Lasers voor lasergraveren zijn over het algemeen Q-switched lasers en CO2-lasers.

Breukcontrole is het gebruik van de steile temperatuurverdeling die wordt gegenereerd door lasergroeven, die lokale thermische spanning in het brosse materiaal genereert en het materiaal langs de kleine groef breekt.

Functies

In vergelijking met andere thermische snijmethoden heeft lasersnijden de algemene kenmerken van hoge snijsnelheid en hoge kwaliteit. Specifiek samengevat als de volgende aspecten.

1. Goede snijkwaliteit

Door de kleine laservlek, hoge energiedichtheid en hoge snijsnelheid kan lasersnijden een goede snijkwaliteit verkrijgen.

A. De lasersnij-incisie is smal, beide zijden van de spleet zijn evenwijdig en loodrecht op het oppervlak, en de maatnauwkeurigheid van de uitgesneden delen kan ± 0,05 mm bereiken.

B. Het snijoppervlak is glad en mooi, de oppervlakteruwheid is slechts tientallen microns, en zelfs lasersnijden kan als laatste proces worden gebruikt, zonder mechanische bewerking, en de onderdelen kunnen direct worden gebruikt.

C. Nadat het materiaal met een laser is gesneden, is de breedte van de door warmte aangetaste zone erg klein, de prestaties van het materiaal in de buurt van de spleet worden bijna niet beïnvloed en de vervorming van het werkstuk is klein, de snijnauwkeurigheid is hoog, de geometrie van de spleet is goed, en de vorm van de dwarsdoorsnede van de spleet is meer een regelmatige rechthoek.

2. Hoge snij-efficiëntie

Door de transmissie-eigenschappen van de laser is de lasersnijmachine over het algemeen uitgerust met meerdere CNC-werktafels en kan het gehele snijproces volledig CNC-gestuurd worden. Tijdens het gebruik hoeft alleen het numerieke besturingsprogramma te worden gewijzigd, het kan worden toegepast op het snijden van delen van verschillende vormen, zowel tweedimensionaal snijden als driedimensionaal snijden.

3. Hoge snijsnelheid

Met behulp van een laser met een vermogen van 1200 W om een ​​2 mm dikke laag koolstofstalen plaat te snijden, kan de snijsnelheid 600 cm/min bereiken; het snijden van een 5 mm dikke polypropyleenharsplaat, de snijsnelheid kan 1200 cm/min bereiken. Het materiaal hoeft niet te worden vastgeklemd en gefixeerd tijdens het lasersnijden, wat niet alleen gereedschapsopspanningen kan besparen, maar ook extra tijd kan besparen bij het laden en lossen.

4. Contactloos snijden

Tijdens het lasersnijden heeft de snijbrander geen contact met het werkstuk en is er geen gereedschapsslijtage. Voor het verwerken van delen van verschillende vormen is het niet nodig om het "gereedschap" te wijzigen, maar verander gewoon de uitvoerparameters van de laser. Het lasersnijproces heeft een laag geluidsniveau, kleine trillingen en geen vervuiling.

5. Er zijn veel soorten snijmaterialen

Vergeleken met oxyacetyleensnijden en plasmasnijden zijn er veel soorten lasersnijmaterialen, waaronder metaal, niet-metaal, op metaal gebaseerde en niet op metaal gebaseerde composietmaterialen, leer, hout en vezels. Maar voor verschillende materialen, vanwege hun verschillende thermofysische eigenschappen en verschillende absorptiesnelheden voor lasers, vertonen ze een verschillend aanpassingsvermogen voor lasersnijden.

Toepassingen

De meeste lasersnijders worden aangestuurd door CNC-programma's of verwerkt tot snijrobots. Als nauwkeurige verwerkingsmethode kan lasersnijden bijna alle materialen snijden, inclusief tweedimensionaal snijden of driedimensionaal snijden van dunne metalen platen.

Op het gebied van autofabricage is de snijtechnologie van ruimtecurven zoals autoruiten op grote schaal gebruikt. Het Duitse Volkswagen-bedrijf gebruikt een laser met een vermogen van 500 W om ingewikkeld gevormde carrosserieplaten en verschillende gebogen delen te snijden. In de ruimtevaart wordt lasersnijtechnologie voornamelijk gebruikt voor het snijden van speciale luchtvaartmaterialen, zoals titaniumlegeringen, aluminiumlegeringen, nikkellegeringen, chroomlegeringen, roestvrij staal, berylliumoxide, composietmaterialen, kunststoffen, keramiek en kwarts. De lucht- en ruimtevaartonderdelen die door lasersnijden worden verwerkt, omvatten motorvlambuis, dunwandige behuizing van titaniumlegering, vliegtuigframe, huid van titaniumlegering, vleugelligger, staartvleugelpaneel, hoofdrotor van helikopter, keramische warmte-isolatietegel van space shuttle, enz.

Lasersnijtechnologie wordt ook veel gebruikt op het gebied van niet-metalen materialen. Niet alleen kunnen materialen met een hoge hardheid en broosheid worden gesneden, zoals siliciumnitride, keramiek, kwarts, enz.; maar kan ook flexibele materialen snijden en verwerken, zoals stof, papier, plastic platen, rubber, enz., zoals het snijden van kleding met laser, kan kleding 10% ～12% besparen, de efficiëntie met meer dan 3 keer verbeteren.

Trends

1. De lasersnijmachine zet de baanbrekende productrevolutie voort.

De laserlichtbron is het kernbestanddeel van de lasercutter en tevens een belangrijke indicator die het type en snijvermogen van een lasercutter bepaalt. Het behoeft geen betoog dat toekomstige veranderingen in lasersnijders ook zullen optreden in laserlichtbronnen. Zoals hierboven vermeld, is de vervanging van de CO2-lasersnijmachine door de fiberlasersnijmachine de belangrijkste technologische revolutie in de 40 jaar sinds de geboorte van de lasersnijder, wat baanbrekende economische voordelen heeft opgeleverd voor fabrikanten en nieuwe en oude gebruikers in deze veld. Dus zal er in de toekomst een nieuwe lichtbron zijn die goedkoper is dan fiberlasers, betere prestaties, een betere bundelmodus, een hogere elektro-optische conversieratio of lagere totale kosten heeft? Het antwoord is natuurlijk ja. Vraag dan, wat voor soort laser? Het is natuurlijk onmogelijk om nu een juist antwoord te geven. Wetenschap en technologie haperen soms, soms duizenden kilometers per dag.

2. Krachtige fiberlaser wordt de belangrijkste kracht op de markt voor lasersnijmachines.

Tegenwoordig hebben snijmachines voor optische vezels met verschillende vermogensklassen een grote ontwikkeling ingeluid. Waar is echter de mainstream laserkracht van lasersnijmachines in de toekomst? Hoewel de lasersnijmachines in elk vermogensbereik hun eigen gebruik hebben, maar de familie van lasers die begon met high-power fiberlasers en de wereldwijde revolutie in lasersnijmachinetechnologie veroorzaakte, beschouwt hoger vermogen, hogere precisie en grotere snijcapaciteit als een van de belangrijke ontwikkelingsrichtingen van fiberlasersnijmachines. STYLECNC heeft onlangs een 15KW ultrasnelle fiberlasersnijmachine gelanceerd, die een ongekende doorbraak heeft bereikt in snijsnelheid en snijdikte, die de aandacht van de industrie heeft getrokken. Bevat dit de toekomstige ontwikkelingstrend van lasersnijmachines? Het is de moeite waard om uit te kijken naar experts uit de branche, wetenschappers en gebruikersvrienden. Bovendien kunnen we erop vertrouwen dat in de nabije toekomst veel binnen- en buitenlandse fabrikanten van fiberlasersnijmachines een felle marktconcurrentie zullen inluiden. Alleen bedrijven met een uitstekende productkwaliteit, een continue focus op R&D-investeringen en het beheersen van de belangrijkste concurrerende technologieën kunnen dit en zijn onoverwinnelijk.

3. Het tijdperk van intelligentie komt eraan.

Of het nu gaat om Industrie 4.0 in Duitsland of intelligente productie in China, de vierde industriële revolutie op industrieel gebied komt eraan. Als een zeer nauwkeurige CNC-lasersnijmachine, zal de lasersnijmachine zeker gelijke tred houden met de tijd en met de technologie meevliegen. De ontwikkeling van automatisering van lasersnijmachines heeft de productiecapaciteit en het automatiseringsniveau van de plaatwerkplaats aanzienlijk verbeterd.

Op deze basis broeit in de toekomst een tijdperk van intelligente fabricage van lasersnijmachines op het gebied van netwerktechnologie, communicatietechnologie, computersoftwaretechnologie en andere gebieden. Het is te voorzien dat het als middel voor het nauwkeurig stansen van plaatwerk onvermijdelijk zijn eigen netwerkcommunicatiemogelijkheden zal gebruiken om te communiceren met de plaatafwikkellijn, buigmachine, CNC-ponsmachine, las- (klink)verbindingseenheid, straal- en coatinglijn van de fabriek . Andere apparatuur, ingebed in een uniform productieplan, taak- en beoordelingsbeheersysteem, is een belangrijk onderdeel geworden van het plaatwerkwerkplaatsbeheersysteem. Als gevolg hiervan zullen fabrikanten van lasersnijmachines geleidelijk veranderen in aannemers voor plaatbewerking.