Lasersnijmachines begrijpen: Hoe ze werken

Een laser is een sterk gebundelde lichtstraal met een enkele golflengte. Bij elke golflengte van licht absorberen, reflecteren en transmitteren verschillende materialen dat licht in variërende mate.

De laserstraal is een kolom van zeer hoge intensiteit licht, van één golflengte of kleur. In het geval van een typische CO2-laser ligt die golflengte in het infrarode deel van het zichtspectrum, dus is onzichtbaar voor het menselijk oog. De straal is slechts ongeveer 19 mm in diameter terwijl deze reist van de laserresonator, die de straal creëert, door het straalpad van de machine. Hij kan in verschillende richtingen worden gereflecteerd door een aantal spiegels, of "straalbuigers", voordat hij uiteindelijk gefocust wordt op het plaatmateriaal. De gefocuste laserstraal gaat door de boor van een zuigmond net voordat hij de plaat raakt. Door dezelfde zuigmondboor stroomt ook een gecomprimeerd gas, zoals zuurstof of stikstof.

De hoge energiedichtheid resulteert in snelle vertering, smelting en partiële of volledige verdamping van het materiaal. Bij het snijden van zacht staal is de warmte van de laserstraal voldoende om een typisch "oxy-fuel" verbrandingsproces te starten, en het lasersnijgas zal zuivere zuurstof zijn, net als een oxy-fuel brander. Bij het snijden van roestvrij staal of aluminium smelt de laserstraal het materiaal simpelweg, en hoge druk stikstof wordt gebruikt om het gesmolten metaal uit de snijnaat te blazen.

Op een CNC-lasersnijmachine wordt het lasersnijkop over de metalen plaat bewogen in de vorm van het gewenste deel, waardoor het deel uit de plaat wordt gesneden. Een capacitieve hoogtecontrolesysteem handhaaft een zeer nauwkeurige afstand tussen het einde van de zuigmond en de plaat die wordt gesneden. Deze afstand is belangrijk, omdat het bepaalt waar het brandpunt relatief tot het oppervlak van de plaat ligt. Snijkwaliteit kan beïnvloed worden door het brandpunt te verhogen of verlagen van net boven het oppervlak, op het oppervlak, of net eronder.

Een lasersnijmachine werkt door een bundel laserlicht te focussen op een stuk materiaal. Het laserlicht is zo krachtig dat, wanneer het gefocust is, de temperatuur van het te snijden materiaal hoog genoeg wordt om het te smelten of te verdampen in het kleine gebied waar de straal gefocust is. Vaak wordt een hulp-gas gebruikt om het gesmolten materiaal uit het snijgebied te duwen. Dit is vooral waar bij het snijden van metalen of dikke platen materiaal zoals multiplex.

Om vormen te snijden, wordt het laserkop verplaatst, met behulp van een portaalkonstructie om de straal over nieuw materiaal te positioneren, waardoor een lijn wordt gesneden in plaats van een klein gaten. De typen bewegingssystemen omvatten tandwielen en penningen, balspindels en lineaire motoren. Lineaire motoren zijn het duurst, maar zijn het snelst en meest nauwkeurig. Tandwielen en penningen bieden bijna dezelfde snelheid en nauwkeurigheid, maar tegen een lagere prijs. Sommige kleine hobby-lasers kunnen ook tijmriemen en stapmotoren gebruiken om hun laserkop te verplaatsen. In alle gevallen voegt een systeem met servomotoren en encoder-terugkoppeling de snij nauwkeurigheid van de machine aanzienlijk toe, evenals een rigide frame, geïsoleerd van trillingen.

Voor een lasersnijbewerking is het belangrijk om een golflengte te kiezen die hoog absorberend is in het materiaal dat u wilt snijden.

Naarmate de laserenergie op het materiaaloppervlak wordt gericht, absorbeert het materiaal zoveel energie dat het snel verhit voorbij zijn smelttemperatuur en op tot zijn degradatietemperatuur.

Bij de degradatietemperatuur breekt het materiaal af en disintegreert het. Vaak worden rook of rookgassen vrijgegeven wanneer dit gebeurt.

De rand van de snede kan tot een lager niveau worden verhit en daardoor smelten en hervormen. Dit kan eigenlijk worden gebruikt als een soort verzegelingsmechanisme dat nuttig is voor vezelachtige materialen, bijvoorbeeld om uiteenlopen te voorkomen.

Bij lasersnijden kan het een goed idee zijn om de laser onder een hoek te zetten zodat rook van het snijproces niet als roet op de laseroptica verzamelt. Bovendien, bij het snijden (of lassen) van hoog reflecterende oppervlakken, is het belangrijk om te voorkomen dat de laserstraal van het oppervlak reflecteert en terugkeert in de laseroptica, wat deze kan beschadigen.