Rezanie laserom ako bezkontaktný proces delenia materiálu

Rezanie laserom označuje proces delenia materiálu, pomocou ktorého je možné rezať kovové a nekovové materiály rôznych hrúbok plechu. Základ tvorí laserový lúč, ktorý je vedený, tvarovaný a zaostrovaný. Po dopade lúča na obrobok sa materiál natoľko ohreje, že sa začne natavovať alebo odparovať. Celý výkon lasera sa pritom sústreďuje na jeden bod s priemerom väčšinou menším ako pol milimetra. Ak je na tomto mieste sústredená vyššia teplota akú je možné odviesť tepelnou vodivosťou, prenikne laserový lúč krížom cez materiál – začne sa proces rezania. Zatiaľ čo pri iných procesoch pôsobia na plech masívne nástroje enormnými silami, laserový lúč vybaví svoju prácu bez dotyku s materiálom. Vďaka tomu nedochádza k opotrebovaniu nástroja ako takého a nevznikajú ani deformácie alebo poškodenie obrobku.

Výhody rezania laserom

Rozmanitosť materiálov

Pomocou lasera je možné bezpečne a vysoko kvalitne rezať všetky materiály bežne používané v priemyselnom obrábaní – od ocele cez hliník, nerez a plechy z farebných kovov až po nekovové materiály ako plasty, sklo, drevo alebo keramiku. Týmto nástrojom je možné rezať najrozličnejšie hrúbky plechu - od 0,5 až do viac ako 30 milimetrov. Vďaka tomuto extrémne širokému spektru materiálov je laser na prvom mieste medzi nástrojmi na rezanie, určený na množstvo aplikácií v oblasti kovov a nekovových materiálov.

Voľnosť geometrií

Zaostrený laserový lúč ohrieva materiál len lokálne, zvyšok obrobku je ohrievaný len minimálne alebo nie je vôbec tepelne ovplyvnený. Vďaka tomu je rezná medzera sotva širšia ako zaostrený laserový lúč, preto je možné rezať dokonca aj zložité, detailné geometrie hladko a bez otrepov. Vo väčšine prípadov už nie je nutné inak časovo náročné dodatočné obrábanie dielcov. Vďaka svojej flexibilite sa proces rezania často používa pri malých výrobných dávkach, pri veľkom množstve variantov a pri výrobe prototypov.

Vysoko kvalitné odrezané hrany pomocou ultra krátkych pulzov

Laser s ultrakrátkymi pulzmi odparuje takmer každý materiál tak rýchlo, že nie je možné pozorovať žiaden tepelný vplyv. Tak vznikajú vysoko kvalitné odrezané hrany bez taveniny. Preto sú lasery optimálne pre výrobu najdetailnejších kovových produktov ako napríklad stentov v medicínskej technike. V priemysle výroby displejov sa lasermi s ultrakrátkymi pulzmi režú chemicky kalené sklá.

Spoznajte naše produkty na rezanie laserom

Či už 2D alebo 3D obrábanie laserom - TRUMPF Vám ponúka stroje a systémy pre najrozličnejšie prípady aplikácií.

Pozrite si viac

Proces rezania laserom

Základom rezania laserom je vzájomné pôsobenie medzi zaostreným laserovým lúčom a obrobkom. Aby bol tento proces bezpečný a presný, používajú sa pre laserový lúč a okolo neho početné komponenty a pomocné prostriedky, ktoré sú vysvetlené za pomoci nasledujúceho obrázka.

Zaostrovacia optika: šošovkové a zrkadlové optiky zaostrujú laserový lúč na miesto obrábania
Laserový lúč: Laserový lúč dopadá na obrobok a ohrieva ho, pokým sa nezačne taviť alebo odparovať.
Rezný plyn: Pomocou rezného plynu je vyfukovaná tavenina vznikajúca v reznej medzere. Plyn vystupuje z dýzy koaxiálne okolo laserového lúča.
Ryhy po rezaní: Pri rezaní laserom vzniká na odrezanej hrane typický vzor s ryhami. Pri malej rýchlosti rezania sú tieto ryhy takmer rovnobežné s laserovým lúčom.
Tavenina: Laserový lúč – zaostrené laserové svetlo – je vedené po požadovanej geometrii a lokálne natavuje materiál
Čelo rezu: Rezná medzera na obrobku je sotva širšia ako zaostrený laserový lúč.
Dýza: Laserový lúč a rezný plyn dopadajú cez rezaciu dýzu na obrobok.
Smer obrábania: Pohybom obrábacej hlavy alebo obrobku požadovaným smerom vzniká rezná medzera.

Rozmanité aplikácie v oblasti rezaním laserom

Takmer žiadna viditeľná tvorba otrepov: Na ozubenom kolese je vidno vynikajúcu kvalitu dielca vyrezaného laserom aj v prípade hrubého materiálu.

Kompozitné plasty sú ideálny materiál pre odľahčené konštrukcie. No nepoddajnosť materiálu je neľahkým orieškom pre takmer každý nástroj – ale nie pre laser. Práve pri výrobe prototypov profitujú zákazníci z rýchlosti a tvarovej flexibility lasera ako rezného nástroja.

Od konštrukčnej ocele cez nerez až po materiály s vysokým odrazom svetla – laser dokáže obrábať vo vysokej kvalite všetky materiály bežne obrábané v priemysle.

Rýchlo, bez otrepov a v troch rozmeroch: Takto reže laser obrobky tvárnené za tepla ako napríklad B-stĺpiky v automobilovom priemysle.

Pri tavnom rezaní reže laser veľmi rýchlo a hospodárne tenkú nerezovú a konštrukčnú oceľ od hrúbky 0,5 milimetrov.

Lasergeschnittenes Hitzeschutzblech für Abgasanlagen

Pomocou lasera je možné presne na hotovo orezať aj trojrozmerné tvárnené obrobky akými sú plechy tepelných štítov pre odsávacie zariadenia.

Schneiden von sprödharten Materialien wie Glas mit dem Laser

Pomocou laserových obrábacích zariadení je možné zrkadlovo hladko a vysokou rýchlosťou obrábať dokonca aj krehké pevné materiály ako je sklo – bez otrepov alebo črepín.

BrightLine fiber je premyslená kombinácia špeciálnej optiky, dýz optimalizovaných na prúdenie a ďalších technických inovácií. Výhoda: Vďaka rezným hranám vysokej kvality sa dielce nezaseknú pri ich odoberaní.

V porovnaní s mechanickým procesom delenia je možné rýchlejšie a bez dodatočného obrábania odrezanej hrany vyrábať laserom nože do domácnosti.

Lasery s krátkymi a ultrakrátkymi pulzmi režú rýchlo a hospodárne najdetailnejšie štruktúry v oblasti mikrometrov. Takto sa laserom vyrezávajú napríklad ciferníky v hodinárskom priemysle alebo implantáty v medicínskej technike.

Prehľad všetkých procesov rezania laserom

Ak hovoríme o rezaní kovových a nekovových materiálov, v mnohých prípadoch je na prvom mieste laser ako univerzálny nástroj. Laserový lúč vyreže rýchlo a flexibilne takmer každú geometriu - nech už sú tvary akokoľvek detailné a komplikované a materiál veľmi tenký. Rôzne rezné plyny a tlaky pritom ovplyvňujú proces obrábania a jeho výsledok.

Rezanie pálením

Pri rezaní pálením sa ako rezný plyn používa kyslík, ktorý je vháňaný do reznej medzery pod tlakom až do 6 bar. Spaľuje a oxiduje tam kovovú taveninu. Uvoľnená energia ktorá vzniká touto chemickou reakciou podporuje laserový lúč. Rezanie pálením umožňuje dosahovať vysoké rýchlosti rezania a obrábanie hrubých plechov a konštrukčnej ocele.

Tavné rezanie

Pri tavnom rezaní sa ako rezný plyn používa dusík alebo argón. Tento je vháňaný pod tlakom od 2 do 20 barov do reznej medzery a naproti rezaniu pálením nereaguje s kovovým povrchom v reznej medzere. Tento proces rezania má tú výhodu, že odrezané hrany ostávajú bez ihly a oxidov, vďaka čomu nie je potrebná ich dodatočná úprava.

Sublimačné rezanie

Sublimačné rezanie sa používa najmä pri jemných úlohách rezania, ktoré si vyžadujú odrezané hrany vo vysokej kvalite. Pri tomto procese laser odparuje materiál pokiaľ možno bez taveniny. Výpary materiálu vytvárajú v reznej medzere vysoký tlak, ktorý vyvrhuje taveninu smerom nahor a smerom nadol. Procesný plyn - dusík, argón alebo hélium - chráni plochy odrezanej hrany od okolitého prostredia a prispieva k tomu aby ostali odrezané hrany nezaoxidované.

Jemné rezanie

Pri jemnom rezaní laserovým lúčom sa pomocou pulznej laserovej energie vytvárajú za sebou samostatné otvory, ktoré sa prekrývajú na 50 až 90 % a tvoria tak strižnú medzeru. Vďaka krátkym pulzom sa na povrchu obrobku vytvárajú veľmi vysoké výkony špičky pulzu a extrémne hustoty výkonu. Výhoda: ohrev obrobku je len v minimálnej miere, čo umožňuje rezanie aj najdetailnejších dielcov bez deformácií spôsobených teplom.

Parametre, ktoré ovplyvňujú proces rezania laserom

Poloha ohniska a priemer ohniska

Poloha ohniska ovplyvňuje hustotu výkonu a tvar reznej medzery na obrobku. Priemer ohniska určuje šírku medzery a takisto tvar reznej medzery.

Výkon lasera

Aby bolo možné preklenúť prah obrábania, t.j. bod, v ktorom sa začne materiál taviť, je potrebná určitá energia na plochu. Táto je definovaná nasledovne: energia na plochu = hustota výkonu x doba pôsobenia na obrobok.

Priemer dýzy

Voľba správnej dýzy má rozhodujúci vplyv na kvalitu dielcov. Týmto sa určí tak tvar prúdu plynu ako aj množstvo plynu cez priemer dýzy.

Druh prevádzky

Trvalá prevádzka (CW) alebo pulzy - pomocou režimu je možné riadiť, či sa energia lasera prenesie do obrobku plynulo alebo s prerušeniami.

Rýchlosť rezania

V závislosti od konkrétnej úlohy rezania a obrábaného materiálu sa stanoví rýchlosť rezania. V zásade platí: Čím je k dispozícii viac výkonu, tým rýchlejšie je možné rezať. Okrem toho s narastajúcou hrúbkou materiálu klesá rýchlosť rezania. Ak je nastavená príliš vysoká alebo príliš nízka rýchlosť pre daný materiál, vedie to k väčšej hĺbke drsnosti na odrezanej hrane a k tvorbe otrepov.

Stupeň polarizácie

Takmer všetky CO₂ lasery produkujú lineárne polarizované laserové svetlo. Ak sa vyrezávajú geometrie, mení sa so zmenou smeru rezania výsledok rezania: Ak osciluje svetlo paralelne so smerom rezania, vzniká hladká hrana. Ak svetlo osciluje kolmo na smer rezania, vznikajú otrepy. Preto sa lineárne polarizované laserové svetlo väčšinou mení na cirkulárne polarizované svetlo. Stupeň polarizácie udáva, ako dobre bola dosiahnutá požadovaná cirkulárna polarizácia. Je rozhodujúcim faktorom kvality rezu. Pri pevnolátkových laseroch nie je nutné meniť polarizáciu. Výsledky rezania týmito lasermi sú nezávislé od smeru obrábania.

Rezné plyny a rezné tlaky

V závislosti od procesu rezania sa používajú rôzne procesné plyny, ktoré sú rôznymi tlakmi vháňané do reznej medzery. Argón a dusík majú napríklad ako rezné plyny tú výhodu, že nereagujú s natavovaným kovom v reznej medzere. Súčasne chránia plochu odrezanej hrany od okolitého prostredia.

Objavte rôznorodosť rozličných procesov rezania

Rezanie pálením

Štandardný proces pre konštrukčnú oceľ.

Pozrite si viac

Tavné rezanie

Proces delenia materiálu pre všetky taviteľné materiály.

Pozrite si viac

Lasergeschnittener Stent, TruMicro Serie 2000

Sublimačné rezanie

Vysoko kvalitné odrezané hrany pre hladké úlohy rezania.

Pozrite si viac

Vytváranie otvorov

Laserový lúč vytvára bezdotykovo najhladšie a väčšie otvory.

Pozrite si viac

Tieto témy by mohli zaujímať aj Vás

Laserové stroje na rezanie rúr

Stále viac konštruktérov profituje z nových priestorov na manévrovanie rezania rúr laserom pomocou strojov TRUMPF TruLaser Tube.

Pozrite si viac

Na prvý pohľad: Aké výhody Vám poskytujú naše laserové obrábacie zariadenie?

Takmer nekonečné možnosti: Naplno využite výkon lasera Vášho stroja vďaka mnohým chytrým funkciám ponúkaným firmou TRUMPF. Ako? To sa dozviete tu.

Pozrite si viac

2D laserové obrábacie zariadenia

CO2 alebo pevnolátkové lasery? Ponúkame pre každú požiadavku vhodné 2D laserové obrábacie zariadenie a máme optimálne riešenie pre všetky typy plechu.

Pozrite si viac