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雷射切割 | TRUMPF

作為非接觸式切割工藝的雷射切割

雷射切割是一種可用於切割不同材料厚度的金屬與非金屬材料的切割工藝。經過引導、成型與聚合的雷射束為此奠定基礎。其擊中工件後,對材料進行加熱以使其熔化或蒸發。全部雷射功率集中於直徑通常小於半毫米的一點。若在該位置輸入的熱量多於因熱傳導而流失的熱量,則雷射束將完全穿透材料——切割過程開始。在其他工藝中重型工具向板材施加巨大外力,而雷射束是無接觸地完成其工作。因此,工具本身不會磨損,工件上也不會產生變形或損壞。

雷射切割的優點

雷射切割過程

經過聚焦的雷射束與工件之間的交互作用構成雷射切割的基礎。為了使該過程安全精確地進行,需要在雷射束之上與周圍使用大量元件和輔助工具,透過以下圖形對此說明。

Prinzip des Laserschneidens

  1. 聚焦鏡頭:透鏡與光學反射鏡使雷射束聚焦於加工位置
  2. 雷射束:雷射束擊中工件並對其加熱,直至其熔化或蒸發。
  3. 切割氣體:藉助切割氣體將產生的熔體從切縫吹出。氣體從噴嘴與雷射束同軸流出。
  4. 切割凹槽:在雷射切割過程中,切割邊緣得到一個典型的凹槽模型。若切割速度較小,則這些凹槽幾乎平行於雷射束延伸。
  5. 熔體:雷射束——經過聚合的雷射光——沿輪廓導向並使局部材料熔化。
  6. 切割前跡:在工件上,切縫幾乎不比經過聚焦的雷射束更寬。
  7. 噴嘴:雷射束與切割氣體透過切割噴嘴擊中工件。
  8. 切割方向:透過使切割頭或工件朝特定方向移動產生切縫。

雷射切割領域的多樣化應用

Lasergeschnittenes Bauteil

幾乎無明顯毛刺:即使材料較厚,齒輪也顯示出卓越的雷射切割工件品質。

CFK部件雷射切割

纖維增強合成材料是用於輕質結構的理想材料。但該材料的頑固對於幾乎任何工具都是挑戰——除了雷射器。客戶在原型製造上尤其能得益於切割工具雷射器的快速與靈活成型。

BrightLine fiber樣件

從結構鋼到不銹鋼再到高反光材料——雷射器能高品質加工所有工業常用材料。

Lasergeschnittene B-Säule

快速、無毛刺和三個維度:雷射器能切割加熱成型部件,如汽車產業中的B柱。

Musterteile aus Buntmetallen

雷射熔切可以非常快速且經濟地切割厚度為0.5毫米以上的較薄不銹鋼與結構鋼。

Lasergeschnittenes Hitzeschutzblech für Abgasanlagen

也可以使用雷射器精確裁切三維形狀的部件,如用於排氣系統的隔熱板。

Schneiden von sprödharten Materialien wie Glas mit dem Laser

即便是硬脆材料(如玻璃),也可以使用雷射切割機光滑如鏡地高速加工——無毛刺或碎片。

TruLaser 3030, Spiegelkante

BrightLine fiber是專用加工頭、流動優化噴嘴及其他技術創新的巧妙組合。優點:由於高品質的切割邊緣,零件不會在成品拾取時卡住。

Lasergeschnittene Küchenmessen

與機械切割工藝相比,透過雷射器可以更快加工家用刀具,而且無需精加工切割邊緣。

利用TRUMPF產品進行微加工

短脈衝和超短脈衝雷射器可以快速且經濟地切割極精細的微米級結構。例如鐘錶產業使用的雷射切割指針,或醫療技術領域使用的雷射切割植入物。

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所有雷射切割工藝一覽

當切割金屬與非金屬材料時,在很多情況下雷射器是首選通用工具。雷射束可以快速靈活地切割幾乎任何輪廓——無論造型多麼精細而複雜或材料多薄。不同切割氣體和壓力會影響加工過程和結果。

火焰切割

火焰切割使用氧氣作為切割氣體,並以最高6 bar的壓力將其吹入切縫。在此氧氣使金屬熔體燃燒和氧化。透過化學反應釋放的能量可輔助雷射束。火焰切割提供非常高的切割速度,可加工厚板材與結構鋼。

熔割

熔切使用氮氣或氬氣作為切割氣體。氣體以2至20 bar之間的壓力流過切縫,但不同於火焰切割,不與切縫內的金屬表面反應。該切割工藝的優點在於切割邊緣無毛刺或氧化,並且幾乎無需精加工。

昇華切割

昇華切割主要用於需要極高品質切割邊緣的精細切割任務。透過該工藝,雷射器使材料儘量低熔蒸發。材料蒸汽在切縫內產生高壓,高壓將熔體向上和向下甩出。過程氣體——氮氣、氬氣或氦氣——保護切割面免受環境影響,確保切割邊緣不被氧化。

精密雷射切割

雷射束精密切割利用脈衝式雷射能量將單個鑽孔連接起來,使其50%至90%重疊並構成切縫。透過短脈衝波在工件表面產生非常高的脈衝峰值功率和極端功率密度。優點:部件受熱很少,由此實現無熱變形地切割極為精細的零件。

影響雷射切割過程的參數

焦點位置和焦點直徑

焦點位置會影響功率密度和工件上的切縫形狀。焦點直徑決定了縫寬以及切縫形狀。

雷射功率

為了超過加工閾值,即材料開始熔化的那點,需要一定的單位面積能量。以此對其定義:單位面積能量 = 功率密度 x 在工件上的作用時間。

噴嘴直徑

選擇適當噴嘴對工件品質具有決定性意義。可透過噴嘴直徑決定氣體束的形狀以及氣體量。

運行方式

CW 振蕩方式或脈衝波——可透過運行方式控制雷射能量是連續還是間斷到達工件。

切割速度

根據具體切割任務和待加工材料確定切割速度。原則上:可用雷射功率越高,就能切割得越快。此外,切割速度隨材料厚度增加而降低。若速度針對相應材料設置得過高或過低,將導致粗糙度增加並形成毛刺。

偏振度

幾乎所有CO2雷射器均提供線偏振的雷射光。切割輪廓時,切割結果隨切割方向不同而改變:若光平行於切割方向振動,則邊緣變得光滑。若光垂直於切割方向振動,則產生毛刺。因此,線偏振的雷射光通常被轉換為圓偏振光。偏振度表示在多大程度上實現所追求的圓偏振,其對於切割品質有決定性意義。固體雷射器無需改變偏振;其提供與方向無關的切割結果。

切割氣體和切割壓力

根據切割方法使用不同的過程氣體,其以不同壓力流過切縫。例如,氬氣和氮氣作為切割氣體的優點在於不與切縫內的熔化金屬反應。同時,其保護切割面免受環境影響。

  

Laserschneiden mit TRUMPF Produkten

雷射切割與雷射鑽孔

雷射器能勝任各種各樣的切割任務。其中包括超薄半導體晶片上的微米級切縫以及30毫米厚鋼板上的高品質切口。進行雷射鑽孔時,雷射束在金屬、合成材料、紙張與石材上無接觸地產生從極細小到較大的孔洞。

爲何雷射光如此與衆不同?

雷射光有著十分獨特的屬性,這是其得以成爲工具的前提: 它是單色的,也就是説,所有光波具備同樣的波長。此外,雷射束中的所有光波同步振動(相干性),光波之間接近平行射出。因此,光束僅輕微彌散。雷射束的功率密度較之傳統光源高出許多。

爲何雷射適合作爲加工工具?

雷射束經過引導、成型與集束之後,方成為理想的加工工具。因爲相比其他工藝(即重型工具向板材施加巨大外力),雷射器爲 非接觸式作業並因此無磨損。 雷射器可生成 非常 精確的輪廓與結構,同時僅局部加熱材料。其餘工件承受的熱負荷極小甚至為零。使用靈活的工具可以創造各式各樣的形狀與輪廓—— 一切都在一台機床上完成。

雷射切割與雷射鑽孔時到底發生了什麽?

當經過聚焦的雷射束擊中工件後,對材料進行加熱以使其熔化蒸發。一旦  光束 完全穿透工件,切割過程即可開始:雷射束沿零件輪廓移動並使材料連續熔化。氣流通常將熔體向下從切縫吹出。切縫幾乎不比經過聚焦的雷射束本身更寬。進行雷射鑽孔時,具有高功率密度的短雷射脈衝使材料熔化和蒸發。在此期間產生的高壓將熔體從鑽孔驅出。

探索不同切割工藝的多樣性

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