Inafasiriwa moja kwa moja kutoka kwa Wikipedia ya Kiingereza na Tafsiri ya Google

Kukata laser

Mchoro wa cutter laser
Mchakato wa kukata laser kwenye karatasi ya chuma
CAD (juu) na sehemu ya chuma cha pua laser-kata (chini)

Kukata laser ni teknolojia inayotumia laser kukata vifaa, na hutumika kwa ajili ya matumizi ya viwanda viwanda, lakini pia huanza kutumiwa na shule, biashara ndogo ndogo, na hobbyists. Kukata laser kwa kazi kwa kuongoza pato la laser high-nguvu kawaida kwa njia ya optics. Optics ya laser na CNC (udhibiti wa namba za kompyuta) hutumiwa kuelekeza vifaa au boriti ya laser yanayotokana. Laser ya kawaida ya kibiashara kwa ajili ya vifaa vya kukataa inahusisha mfumo wa kudhibiti mwendo kufuata CNC au G-code ya muundo wa kukatwa kwenye nyenzo. Boriti ya laser iliyolenga inaelekezwa kwenye nyenzo, ambazo zinaweza kuyeyuka, kuchomwa moto, kuzivua mbali, au kupigwa mbali na ndege ya gesi, [1] kuacha ukali na kumaliza uso wa juu. Wakataji wa laser ya viwanda hutumiwa kukata nyenzo za karatasi ya gorofa pamoja na vifaa vya miundo na mabomba.

Yaliyomo

Historia

Mwaka 1965, kwanza uzalishaji laser kukata mashine ilitumika kuchimba mashimo katika almasi akifa . Mashine hii ilifanywa na Kituo cha Utafiti wa Uhandisi wa Magharibi . [2] Mwaka wa 1967, Uingereza ilifanya upasuaji wa ndege wa oksijeni kukata kwa metali. [3] Katika miaka ya 1970, teknolojia hii iliwekwa katika uzalishaji ili kukata titan kwa maombi ya aerospace. Wakati huo huo CO 2 lasers walikuwa ilichukuliwa na kukata zisizo vyuma, kama vile nguo , kwa sababu, kwa wakati, CO 2 lasers si nguvu ya kutosha kushinda conductivity mafuta ya madini. [4]

Mchakato

Kupunguza laser ya chuma na maelekezo ya kukata iliyopangwa kupitia interface ya CNC

Uzazi wa boriti laser unahusisha kuchochea nyenzo za kupoteza kwa umeme au taa ndani ya chombo kilichofungwa. Kama vifaa vya kupoteza vinavyochochea, boriti inaonekana ndani ya kioo kwa njia ya kioo cha sehemu, hadi kufikia nishati ya kutosha kutoroka kama mkondo wa nuru ya monochromatic mwanga. Vioo au optical fiber hutumiwa kuongoza nuru inayofaa kwa lens, ambayo inalenga mwanga kwenye eneo la kazi. Sehemu nyembamba ya boriti iliyolenga kwa ujumla ni chini ya inchi 0.0125 (0.32 mm). kwa kipenyo. Kulingana na unene wa nyenzo, upana wa kerf kama mdogo kama inchi 0.004 (0.10 mm) inawezekana. [5] Ili uweze kuanza kukata kutoka mahali pengine isipokuwa makali, kupigwa hufanywa kabla ya kila kukatwa. Kuboa kwa kawaida huhusisha shinikizo laser laser pulsed ambayo polepole hufanya shimo katika nyenzo, kuchukua karibu 5-15 sekunde kwa 0.5-inch-thick (13 mm) chuma cha pua , kwa mfano.

Mionzi ya sambamba ya nuru thabiti kutoka chanzo cha laser mara nyingi huanguka kati ya 0.06-0.08 inchi (1.5-2.0 mm) mduara. Msitu huu unalenga na kuimarishwa kwa lens au kioo kwa doa ndogo sana ya inchi za 0.001 (0.025 mm) ili kuunda boriti ya laser sana. Ili kufikia kumaliza salama iwezekanavyo wakati wa kukata upambaji, mwelekeo wa polarization ya boriti lazima uzunguzwe kama unaendelea karibu na pembeni ya kazi iliyopigwa. Kwa kukata karatasi ya chuma, urefu wa focal kawaida ni 1.5-3 inches (38-76 mm). [6]

Faida za kukata laser juu ya kukata mitambo ni rahisi kukabiliana na kupunguzwa uchafu wa workpiece (kwa kuwa hakuna makali ya kukata ambayo inaweza kuwa na uchafuzi na nyenzo au uchafuzi nyenzo). Usahihi unaweza kuwa bora, kwa sababu boriti ya laser haina kuvaa wakati wa mchakato. Pia kuna nafasi iliyopungua ya kupiga vifaa vinavyokatwa, kama mifumo ya laser ina eneo ndogo lililoathirika na joto . Vifaa vingine pia ni vigumu sana au haiwezekani kukatwa na njia za jadi zaidi.

Kukata laser kwa metali ina faida juu ya kukata plasma ya kuwa sahihi zaidi na kutumia nishati chini wakati kukata chuma karatasi; Hata hivyo, lasers nyingi za viwanda haziwezi kukata kwa unene wa chuma mkubwa zaidi ambayo plasma inaweza. Mashine ya laser ya hivi karibuni inayoendesha nguvu zaidi (6000 watts, ikilinganishwa na mashine za kukata laser ya 1500 watt) zinakaribia mashine za plasma kwa uwezo wao wa kukata vifaa vidogo, lakini gharama kubwa ya mashine hizo ni kubwa zaidi kuliko ile ya plasma mashine za kukata uwezo wa kukata vifaa vidogo kama sahani ya chuma.

Aina

HACO fiber laser kukata mashine
HACO fiber laser kukata mashine na jumuishi jumuishi upakiaji na unloading mfumo.
4000 Watt CO 2 laser cutter

Kuna aina tatu kuu za lasers zinazotumiwa katika kukata laser. Laser ya CO 2 inafaa kwa kukata, kupiga boring, na kuchonga. Neodymium (Nd) na lasodyum ya neymium-yttrium-alumini-garnet ( Nd-YAG ) lasers ni sawa na style na tofauti tu katika maombi. Nd ni kutumika kwa boring na ambapo nishati ya juu lakini kurudia chini ni required. Laser ya Nd-YAG inatumiwa ambapo inahitajika sana nguvu na kwa boring na engraving. Wote CO 2 na Nd / Nd-YAG lasers inaweza kutumika kwa ajili ya kulehemu . [7]

Vipengele vya kawaida vya lasers CO 2 ni pamoja na mtiririko wa haraka wa axial, mtiririko wa axial wa polepole, mtiririko wa transverse, na slab.

Vipu vya CO 2 huwa "pumped" kwa kupitisha sasa kupitia mchanganyiko wa gesi (DC-msisimko) au kutumia nishati ya redio ya nishati (RF-msisimko). Njia ya RF ni mpya na imekuwa maarufu zaidi. Kwa kuwa miundo ya DC inahitaji umeme ndani ya cavity, wanaweza kukutana na mmomonyoko wa electrode na upako wa vifaa vya electrode kwenye glasi na optics . Tangu resonators RF wana electrodes nje hawana kukabiliana na matatizo hayo.

Lasers CO 2 hutumiwa kwa kukata viwanda kwa vifaa vingi ikiwa ni pamoja na chuma kali, aluminium, chuma cha pua, titani, Kadi ya mbao, karatasi, nta, plastiki, mbao, na vitambaa. Lasers ya YAG hutumiwa hasa kwa kukata na kuandika madini na keramik.

Mbali na chanzo cha nguvu, aina ya mtiririko wa gesi inaweza kuathiri utendaji pia. Katika resonator ya mtiririko wa haraka wa axial, mchanganyiko wa dioksidi kaboni, heliamu na nitrojeni huenea kwa kasi kubwa na turbine au blower. Lasers mtiririko wa mtiririko huzunguka mchanganyiko wa gesi kwa kasi ya chini, inahitaji mpigaji rahisi. Resonators kilichopozwa au kilichokoshwa kilikuwa na shamba la gesi ambalo halihitaji uchunguzi au kioo, na hivyo kuokoa akiba ya mitambo na kioo.

Jenereta ya laser na optics ya nje (ikiwa ni pamoja na lens ya lengo) inahitaji baridi. Kulingana na ukubwa wa mfumo na usanidi, joto la taka linaweza kuhamishwa na baridi au moja kwa moja kwa hewa. Maji ni baridi sana ambayo hutumiwa kwa kawaida, kwa kawaida hutolewa kwa njia ya mfumo wa chiller au uhamisho wa joto.

Microjet laser ni laser ya maji iliyoongozwa laser ambayo boriti laser ya pulsed imeunganishwa kwenye ndege ya chini ya shinikizo la maji. Hii hutumiwa kufanya kazi za kukata laser wakati wa kutumia ndege ya maji ili kuongoza boriti ya laser, kama vile nyuzi ya macho, kupitia kutafakari kwa ndani. Faida ya hii ni kwamba maji pia huondoa uchafu na hupunguza vifaa. Faida ya ziada juu ya kukata laser ya "kavu" ni kasi ya kupiga kasi, kelf sambamba, na kukata omnidirectional. [8]

Lasers ya nyuzi ni aina ya laser imara ya hali inayoongezeka kwa kasi ndani ya sekta ya kukata chuma. Tofauti na CO 2 , teknolojia ya nyuzi hutumia faida ya kati, kinyume na gesi au kioevu. "Laser ya mbegu" hutoa boriti ya laser na kisha imeinuliwa ndani ya nyuzi za kioo. Kwa kiasi kikubwa cha lasers 1,064 micrometers ya nyuzi za nyuzi huzalisha ukubwa mdogo sana wa doa (hadi mara 100 ndogo ikilinganishwa na CO 2 ) na kuifanya kuwa bora kwa kukata vifaa vya chuma vya kutafakari. Hii ni moja ya faida kuu za Fiber ikilinganishwa na CO 2 . [9]

Njia

Kuna mbinu nyingi tofauti katika kukata kwa kutumia lasers, na aina tofauti kutumika kupunguza vifaa tofauti. Njia zingine ni uvukizi, kuyeyuka na kupumua, kuvuta pigo na kuchoma, kufuta shinikizo la mafuta, kuandika, kukata baridi na kuchoma laser kukataa.

Kukata kikapu
Katika mvuke kukata boriti iliyozingatia inapunguza uso wa nyenzo kwa kiwango cha kuchemsha na huzalisha kichwa. Kiboko kinasababisha ongezeko la ghafla la kupoteza haraka kuimarisha shimo. Kama shimo linazidisha na nyenzo za nyenzo, mvuke huzalishwa hupunguza kuta za kuyeyuka zilizopiga ejecta nje na kuziongeza zaidi shimo. Nyenzo zisizo na kuyeyuka kama vile mbao, kaboni na plastiki thermoset hupangwa kwa njia hii.
Funga na pigo
Mchanganyiko na pigo au kukata fusion hutumia gesi ya juu-shinikizo ili kupiga nyenzo zilizosauka kutoka kwenye eneo la kukata, kupunguza sana mahitaji ya nguvu. Kwanza nyenzo ni joto kwa hatua ya kiwango, kisha ndege ya gesi inapiga nyenzo zilizochomwa nje ya kerf kuzuia haja ya kuongeza joto la nyenzo zaidi. Vifaa vya kukatwa na mchakato huu ni kawaida ya metali.
Uharibifu wa shinikizo la joto
Vifaa vya Brittle ni nyeti sana kwa fracture ya mafuta, kipengele kinachotumiwa katika uharibifu wa dhiki. Boriti inazingatia uso unaosababisha inapokanzwa na upanuzi wa joto. Hii husababisha ufa ambayo inaweza kisha kuongozwa na kusonga boriti. Hatua inaweza kuhamishwa kwa utaratibu wa m / s. Ni kawaida kutumika katika kukata kioo.
Kuchora kwa siri ya vitunguu vya silicon
Kutenganishwa kwa chips microelectronic kama tayari katika utengenezaji wa kifaa cha semiconductor kutoka safu za silicon inaweza kufanywa na mchakato wa kinachojulikana wa kudanganya, ambao hufanya kazi na laser ya Nd: YAG ya pulsed , ambayo yavelength ambayo (1064 nm) inachukuliwa vizuri kwa umeme bandari ya silicon (1.11 eV au 1117 nm).
Kukata tendaji
Pia inaitwa "kukata gesi laser imetulia", "kukata moto". Kukata tendaji ni kama kukata tochi oksijeni lakini kwa boriti laser kama chanzo cha moto. Wengi kutumika kwa kukata chuma kaboni katika thickness zaidi ya 1 mm. Utaratibu huu unaweza kutumika kukata safu nyingi za chuma na nishati ndogo ya laser.

Kuhimili na kumaliza uso

Wauzaji wa laser mpya wana usahihi wa nafasi ya micrometers 10 na kurudia kwa micrometers 5.

Standard Ukwaru RZ kuongezeka kwa karatasi unene, lakini itapungua na nguvu laser na kukata kasi . Wakati wa kukata chuma cha chini cha kaboni na nguvu ya laser ya 800 W, Rz ni kiwango cha 10 μm kwa upepo wa karatasi ya mm 1, 20 μm kwa 3 mm, na 25 μm kwa mm 6 mm. , ambapo: ukuta wa karatasi katika mm; nguvu ya laser katika kW (baadhi ya vipandikizi vya laser mpya wana nguvu za laser 4 kW.); kupunguza kasi kwa mita kwa dakika [10]

Utaratibu huu una uwezo wa kushikilia uvumilivu wa karibu kabisa, mara kwa mara ndani ya inchi 0.001 (0.025 mm) Sehemu ya jiometri na upepo wa mitambo ya mashine zina mengi ya uwezo wa kuvumiliana. Kawaida ya kumaliza uso kutokana na kukata kwa boriti laser inaweza kuanzia 125-150 micro-inchi (0.003 mm hadi 0.006 mm). [7]

Mipangilio ya mashine

Optical laser ya mara mbili ya kuruka
Flying optics laser kichwa

Kwa ujumla kuna mchanganyiko matatu tofauti wa mashine za kukata laser ya viwanda: vifaa vinavyohamia, mseto, na mifumo ya optics ya kuruka. Hizi hutaja njia ambayo boriti ya laser inahamishwa juu ya vifaa vinavyotakiwa kukatwa au kusindika. Kwa haya yote, axes ya mwendo ni kawaida mteule X na Y axis . Ikiwa kichwa cha kukata kinaweza kudhibitiwa, kinateuliwa kama mhimili wa Z.

Lasers nyenzo za kusonga zina kichwa cha kukataa na kuhamisha nyenzo chini yake. Njia hii hutoa umbali wa mara kwa mara kutoka kwa jenereta ya laser kwa workpiece na hatua moja ambayo kuondoa kuondoa uchafu. Inahitaji optics chache, lakini inahitaji kusonga kazi. Mtindo huu wa mtindo huelekea kuwa na optics ya utoaji wa bia chache zaidi, lakini pia huelekea kuwa polepole zaidi.

Lasers ya mseto hutoa meza ambayo huhamia kwenye mhimili mmoja (kawaida mhimili wa X) na kusonga kichwa pamoja na mchele mfupi (Y). Hii inasababisha urefu wa njia ya utoaji wa boriti mara nyingi zaidi kuliko mashine ya optic ya kuruka na inaweza kuruhusu mfumo rahisi wa utoaji wa boriti. Hii inaweza kusababisha kupoteza nguvu kwa kupunguzwa kwa mfumo wa kujifungua na uwezo zaidi kwa watt kuliko mashine za optics za kuruka.

Lasers ya optics ya kuruka huweka meza ya stationary na kichwa cha kukata (pamoja na boriti ya laser) kinachosababisha kazi ya vipande katika vipimo vyote viwili vya usawa. Wapigaji wa optics wa kuruka huweka kituo cha workpiece wakati wa usindikaji na mara nyingi hauhitaji vifaa vya kupiga vifaa. Masi ya kusonga ni mara kwa mara, hivyo nguvu haziathiriwa na ukubwa tofauti wa workpiece. Mashine ya optics ya kuruka ni aina ya haraka zaidi, ambayo inafaa wakati wa kukata kazi za kupamba. [11]

Mashine ya optic ya kuruka lazima itumie njia fulani ili kuzingatia urefu wa urefu wa boriti kutoka kwa shamba karibu (karibu na resonator) kukataa mbali mbali (kukata mbali na resonator) kukata. Njia za kawaida za kudhibiti hii ni pamoja na collimation, optics adaptive au matumizi ya mara kwa mara boriti urefu axis.

mashine za tano na sita za mhimili pia zinaruhusu kukata kazi za kuunda. Kwa kuongeza, kuna njia mbalimbali za kuelekeza boriti ya laser kwa kazi iliyopangwa, kudumisha umbali mzuri wa kuzingatia na kusimamia bomba, nk.

Pulsing

Lasers zilizopulizwa ambayo hutoa nguvu kubwa ya nguvu kwa kipindi kifupi ni ya ufanisi sana katika michakato ya kukata laser, hasa kwa kupiga, au wakati mashimo machache au kasi ya kukata chini sana inahitajika, kwani ikiwa boriti ya laser ya mara kwa mara ilitumiwa, joto inaweza kufikia hatua ya kuyeyuka kipande nzima kukatwa.

Lasers nyingi za viwanda zina uwezo wa kuvuta au kukata CW (Mwisho Wave) chini ya NC ( kudhibiti namba ) kudhibiti programu.

Lasers mbili za pulsa hutumia mfululizo wa jozi la mapigo ili kuboresha kiwango cha kuondolewa kwa nyenzo na ubora wa shimo. Kwa kawaida, pigo la kwanza huondoa nyenzo kutoka kwenye uso na ya pili kuzuia ejecta kutoka kwa kuzingatia upande wa shimo au kukata. [12]

Matumizi ya nguvu

Upungufu mkubwa wa kukata laser ni matumizi ya juu ya nguvu. Ufanisi wa laser ya viwanda inaweza kuanzia 5% hadi 45%. [13] Matumizi ya nguvu na ufanisi wa laser yoyote hutofautiana kulingana na nguvu za pato na vigezo vya uendeshaji. Hii itategemea aina ya laser na jinsi laser inavyofananishwa na kazi iliyopo. Kiasi cha nguvu za kukata laser zinazohitajika, inayojulikana kama pembejeo ya joto , kwa kazi fulani inategemea aina ya vifaa, unene, mchakato (kutumika kwa nguvu / inert) na kiwango cha kukata taka.

Kiasi cha pembejeo ya joto inahitajika kwa vifaa mbalimbali katika unene wa aina tofauti kwa kutumia laser ya CO 2 [watts] [14]
Nyenzo Unene wa nyenzo
0.51 mm 1.0 mm 2.0 mm 3.2 mm 6.4 mm
Chuma cha pua 1000 1000 1000 1500 2500
Alumini 1000 1000 1000 3800 10000
Chanya chuma - 400 - 500 -
Titanium 250 210 210 - -
Plywood - - - - 650
Boron / epoxy - - - 3000 -

Uzalishaji na viwango vya kukata

Kiwango cha kukata kiwango cha juu (uzalishaji wa kiwango) kinapungua kwa sababu kadhaa ikiwa ni pamoja na nguvu ya laser, unene wa nyenzo, aina ya mchakato (tendaji au inert), na mali za nyenzo. Mifumo ya kawaida ya viwanda (≥ 1 kW) itatafuta chuma cha kaboni ya chuma kutoka 0.51 - 13 mm kwa unene. Kwa malengo yote na madhumuni, laser inaweza kuwa hadi mara thelathini kwa kasi zaidi kuliko kiwango cha kawaida. [15]

Kukata viwango kwa kutumia laser CO 2 [cm / pili]
Vifaa vya kazi Unene wa nyenzo
0.51 mm 1.0 mm 2.0 mm 3.2 mm 6.4 mm 13 mm
Chuma cha pua 42.3 23.28 13.76 7.83 3.4 0.76
Alumini 33.87 14.82 6.35 4.23 1.69 1.27
Chanya chuma - 8.89 7.83 6.35 4.23 2.1
Titanium 12.7 12.7 4.23 3.4 2.5 1.7
Plywood - - - - 7.62 1.9
Boron / epoxy - - - 2.5 2.5 1.1

Angalia pia

  • Uchapishaji wa 3D
  • Utoaji wa laser
  • Laser kubadilisha
  • Kuchimba laser
  • Laser engraving
  • Usambazaji wa boriti ya laser
  • Lasersaur
  • Orodha ya makala ya laser
  • Kukatwa kwa plasma
  • Jet kukata maji

Marejeleo

  1. ^ Oberg, p. 1447.
  2. ^ Bromberg 1991 , p. 202
  3. ^ The early days of laser cutting, par P. A. Hilton, 11th Nordic Conference in Laser Processing of Materials, Lappeenranta, Finland, August 20–22, 2007, http://www.twi-global.com/technical-knowledge/published-papers/the-early-days-of-laser-cutting-august-2007
  4. ^ CHEO, P. K. "Chapter 2: CO2 Lasers." UC Berkeley. UC Berkeley, n.d. Web. 14 Jan. 2015.
  5. ^ Todd, p. 185.
  6. ^ Todd, p. 188.
  7. ^ a b Todd, p. 186.
  8. ^ Perrottet, D et al.,"Heat damage-free Laser-Microjet cutting achieves highest die fracture strength", Photon Processing in Microelectronics and Photonics IV , edited by J. Fieret, et al., Proc. SPIE Vol. 5713 (SPIE, Bellingham, WA, 2005)
  9. ^ Fox, Daniel. "How Fiber Laser Technology Compares to CO2" . Boss Laser . Ray Allen . Retrieved 14 July 2014 .
  10. ^ Research on surface roughness by laser cut by Miroslav Radovanovic and Predrag Dašić
  11. ^ Caristan, Charles L. (2004). Laser cutting guide for manufacturing . SME. p. 38. ISBN 978-0-87263-686-6 .
  12. ^ Forsman, A; et al. (June 2007). "Superpulse A nanosecond pulse format to improve laser drilling" (PDF) . Photonics Spectra . Retrieved June 16, 2014 .
  13. ^ http://www.laserline.de/tl_files/Laserline/downloads/broschueren/en/Laserline_Image_high_power_diode_laser.pdf - Page 4:"High electrical/optical efficiency of up to 45%"
  14. ^ Todd, Allen & Alting 1994 , p. 188.
  15. ^ "Laser Cutting" . Laserage . Retrieved 2016-08-23 .

Maandishi

Viungo vya nje