Els làsers es van utilitzar per primera vegada per retallar els anys 70. En la producció industrial moderna, el tall per làser s'utilitza àmpliament en el processament de xapa, plàstic, vidre, ceràmica, semiconductors, tèxtils, fusta i paper.
En els propers anys, l'aplicació del tall làser en el camp del mecanitzat de precisió i el micromecanitzat també aconseguirà un creixement substancial.
tall per làser
Quan un raig làser enfocat s'encén a una peça de treball, la zona irradiada s'escalfa de manera espectacular per fondre o vaporitzar el material. Tan bon punt el raig làser penetra a la peça de treball, comença el procés de tall: el raig làser es mou al llarg del contorn mentre fon el material. Normalment s'utilitza un raig d'aire per expulsar la massa fosa del tall, deixant un espai estret entre la part tallada i el suport de la placa, gairebé tan ample com el raig làser enfocat.
Tall de flama
El tall d'oxigen és un procés estàndard per tallar acer suau utilitzant oxigen com a gas de tall. L'oxigen a pressió de fins a 6 bar es bufa a la incisió. Allà, el metall escalfat reacciona amb l'oxigen: comença la combustió i l'oxidació. La reacció química allibera una gran quantitat d'energia (fins a cinc vegades la potència del làser) per ajudar el raig làser a tallar.
imatge
Figura 1 El raig làser fon la peça de treball i el gas de tall elimina el material fos i l'escòria a la incisió
Tall de fusió
El tall de fusió és un altre procés estàndard utilitzat per tallar metall. També es pot utilitzar per tallar altres materials fusibles com la ceràmica.
S'utilitza nitrogen o argó com a gas de tall i el gas amb una pressió de 2-20 bar es bufa a través de la incisió. L'argó i el nitrogen són gasos inerts, la qual cosa significa que no reaccionen amb el metall fos a la incisió, sinó que només l'expulsen cap al fons. Al mateix temps, el gas inert pot protegir el tall de l'oxidació de l'aire.
tall d'aire comprimit
L'aire comprimit també es pot utilitzar per tallar làmines primes. L'aire a pressió a 5-6 bar és suficient per treure el metall fos del tall. Com que l'aire és gairebé un 80 per cent de nitrogen, el tall d'aire comprimit és bàsicament un tall de fusió.
tall assistit per plasma
Si els paràmetres s'escullen correctament, apareixerà un núvol de plasma al tall de tall de fusió assistit per plasma. El núvol de plasma està format per vapor de metall ionitzat i gas de tall ionitzat. El núvol de plasma absorbeix l'energia del làser de CO2 i la transfereix a la peça de treball, de manera que s'acobla més energia a la peça de treball i el material es fon més ràpidament, donant lloc a una velocitat de tall més ràpida. Per tant, aquest procés de tall també s'anomena tall per plasma d'alta velocitat.
Els núvols de plasma són pràcticament transparents als làsers d'estat sòlid, de manera que només es poden utilitzar làsers de CO2 per al tall de fusió assistit per plasma.
imatge
tall de gasificació
El tall de gasificació evapora el material, minimitzant l'efecte tèrmic sobre els materials circumdants. Això es pot aconseguir mitjançant l'evaporació de materials de baixa calor i d'alta absorció, com ara pel·lícules primes de plàstic, així com materials que no es fonen com la fusta, el paper, l'escuma, etc., mitjançant el processament continu làser de CO2.
Els làsers de pols ultracurt permeten aplicar aquesta tècnica a altres materials. Els electrons lliures del metall absorbeixen la llum làser i s'escalfen violentament. Els polsos làser no reaccionen amb les partícules foses i el plasma, i el material es sublima directament, sense donar temps per transferir energia en forma de calor als materials circumdants. Els polsos de picosegons eliminan el material sense efectes tèrmics significatius, la fusió i la formació de rebaves.
imatge
Figura 3 Tall de gasificació: El làser vaporitza i crema el material. La pressió del vapor fa que l'escòria es descarregui de la incisió
Paràmetres: Ajust del procés de mecanitzat
Molts paràmetres afecten el procés de tall per làser, alguns dels quals depenen del rendiment tècnic del làser i de la màquina-eina, mentre que altres varien.
grau de polarització
El grau de polarització indica quin percentatge de la llum làser es converteix. Un grau típic de polarització és al voltant del 90 per cent. Això és més que suficient per a un tall d'alta qualitat.
diàmetre focal
El diàmetre focal afecta l'amplada del tall i el diàmetre focal es pot canviar canviant la distància focal del mirall d'enfocament. Un diàmetre focal més petit significa una incisió més estreta.
posició de focus
La posició del focus determina el diàmetre del feix i la densitat de potència a la superfície de la peça, així com la forma de la incisió.
imatge
Figura 4 Posició de focus: dins de la peça de treball, a la superfície de la peça i per sobre de la peça
potència làser
La potència del làser ha de coincidir amb el tipus de processament, el tipus de material i el gruix. La potència ha de ser prou alta perquè la densitat de potència a la peça superi el llindar de mecanitzat.
imatge
Figura 5 Una potència làser més alta pot tallar materials més gruixuts
Mode de funcionament
El mode continu s'utilitza principalment per tallar perfils estàndard de metall i plàstics en mides de mil·límetres a centímetres. Per fondre perforacions o crear contorns precisos, s'utilitzen làsers polsats de baixa freqüència.
velocitat de tall
La potència del làser i la velocitat de tall han de coincidir. Les velocitats de tall que són massa ràpides o massa lentes donaran lloc a un augment de la rugositat i la formació de rebaves.
imatge
Figura 6 La velocitat de tall disminueix a mesura que augmenta el gruix de la làmina
Diàmetre del broquet
El diàmetre del broquet determina el cabal i la forma del flux de gas del broquet. Com més gruixut sigui el material, més gran serà el diàmetre del raig de gas i, en conseqüència, el diàmetre de l'obertura del broquet.
Puresa del gas i pressió baromètrica
L'oxigen i el nitrogen s'utilitzen sovint com a gasos de tall. La puresa i la pressió del gas afecten l'efecte de tall.
Quan es talla amb oxicombustible, es requereix una puresa del gas del 99,95 per cent. Com més gruixuda sigui la placa d'acer, menor serà la pressió del gas utilitzat.
El tall de fusió amb nitrogen requereix una puresa de gas del 99,995 per cent (idealment 99,999 per cent), i es requereixen pressions de gas més altes per tallar plaques d'acer més gruixudes per fusió.
Fulla de dades tècniques
En els primers dies del tall per làser, els usuaris havien de decidir ells mateixos la configuració dels paràmetres de processament mitjançant una operació de prova. Els paràmetres de processament ben establerts s'emmagatzemen ara a la unitat de control del sistema de tall. Per a cada tipus de material i gruix, hi ha les dades corresponents. La fitxa tècnica permet el bon funcionament dels equips de tall per làser fins i tot per a aquells que no estan familiaritzats amb aquesta tecnologia.
Factors d'avaluació de la qualitat del tall per làser
Hi ha molts criteris per jutjar la qualitat d'un tall làser. Els estàndards com la forma de la rebava, la depressió i la textura es poden jutjar a ull nu; la verticalitat, la rugositat i l'amplada d'incisió, etc., s'han de mesurar amb instruments especials. La deposició del material, la corrosió, la zona afectada per la calor i la deformació també són factors importants per mesurar la qualitat del tall làser.
