Od příchodu technologie řezání laseru v polovině století se po letech vývoje stala nepostradatelnou metodou zpracování v moderní výrobě. Následuje několik hlavních fází jeho vývoje:
Technologické embryonální fázi (šedesátých let)
V roce 1960 vynález prvního praktického laseru znamenal narození laserové technologie. Ve stejném roce se američtí vědci poprvé pokusili použít lasery pro řezání materiálu, zejména pro řezání tenkých kovových listů a vrtných otvorů. Technologie řezání laseru během tohoto období byla používána hlavně ve vědeckém výzkumu a vojenských oborech a dosud nebyla v průmyslové produkci široce používána.
Brzy industrializace (sedmdesátá léta)
V 70. letech 20. století se výkon laserů postupně zlepšoval, zejména vznik laserů CO2, což umožňuje použití laserového řezání v průmyslovém poli. V roce 1975 začaly se stroje laserových řezných strojů používat pro zpracování kovových a nekovových materiálů, jako je výroba vysoce přesných dílů v leteckém poli. V této fázi byla technologie řezání laseru stále omezena vysokými náklady a složitými operacemi a její popularita byla nízká.
Technologická zralost (80. let)
V 80. letech 20. století vývoj technologie počítačové numerické kontroly (CNC) výrazně podporoval pokrok technologie řezání laseru. Laserové řezací stroje postupně dosáhly automatizace a vysoce přesné kontroly a rychlost a kvalita řezu byla výrazně zlepšena. Kromě toho výzkum a vývoj laserů vlákna dále rozšířil rozsah aplikací laserového řezání. Během tohoto období se řezání laseru začalo široce používat v průmyslových odvětvích, jako je výroba automobilů, elektronické výrobky a zdravotnické prostředky.
Doba rychlého rozvoje (90. let)
V 90. letech 20. století vytvořila technologie řezání laseru hlavní průlomy v moci a stabilitě. S rostoucí poptávkou po průmyslové automatizaci umožnil vznik vysoce výkonných laserů snížit silné kovové listy. Zároveň náklady na řezání laseru výrazně klesly, takže je cenově dostupné pro malé a střední podniky. Globální trh s řezáním laseru během této fáze rychle rostl a technologie se postupně stala populární.
Inteligentní a diverzifikované období (21. století)
Vstup do 21. století, laserová řezací technologie vstoupila do fáze inteligentního a diverzifikovaného rozvoje. Vláknité lasery se staly hlavním proudem trhu s vysokou účinností, nízkými náklady na údržbu a silnou přizpůsobivostí. Zároveň je zařízení pro řezání laseru kombinováno s technologiemi umělé inteligence, velkými daty a internetem věcí k dosažení inteligentní výroby a vzdáleného monitorování. Kromě toho vývoj ultrarychlých laserů způsobil, že přesnost na úrovni mikronu a dokonce nanometru snižovala realitu a rozšířila svou aplikaci v leteckém, lékařském, elektronice a nových energetických oblastech.
Generace laserů
Jádrem řezání laseru je laser. Laser převádí energii na paprsek s vysokou intenzitou prostřednictvím stimulovaného radiačního procesu. Mezi běžně používané lasery patří:
● CO2 laser: Vhodný pro řezání nekovových materiálů a některých kovů.
● Laser vlákna: Vysoká účinnost, silná stabilita, vhodná pro zpracování kovů.
● Pevný laser: například ND: YAG laser, vhodný pro jemné zpracování a mikro zpracování.
Laser emitovaný laserem má vysokou monochromatičnost, vysokou směrovost a vysokou hustotu energie, což poskytuje základní světelný zdroj pro řezání.
Zaostření paprsku
Laserový paprsek je soustředěn na povrch materiálu zaostřovacím zrcátkem nebo vláknovým přenosovým systémem za vzniku velmi malé ohniskové oblasti. Průměr bodu po zaostření je obvykle mezi desítkami mikronů a stovkami mikronů a hustota energie může být až 10⁶ -10 ⁹ w/cm². Tato vysoká hustota energie způsobí, že materiál je v krátké době lokálně zahříván na tání, odpařování nebo dokonce plazmatický stav. Přesnost zaostřeného paprsku přímo určuje kvalitu řezání, takže vysoce výkonný systém zaostření je důležitou součástí řezání laseru.
Tepelný účinek materiálů
Když je zaměřený laserový paprsek ozářen na povrchu materiálu, bude tepelně reagovat s materiálem. Specifický proces zahrnuje:
● Absorpce světelné energie: Povrch materiálu absorbuje laserovou energii a přeměňuje ji na tepelnou energii.
● Lokální vytápění: Vysoká hustota energie způsobuje, že bod ozáření se rychle zahřeje až do bodu tání nebo bod varu.
● Odstraňování materiálu: roztavený nebo odpařený materiál je odstraněn řezacím prostorem za vzniku řezu.
Podle způsobu tepelného účinku je řezání laseru rozděleno do následujících režimů:
● Řezání taveniny: Laser roztaví materiál a roztavený materiál je odfouknut pomocným plynem.
● Řezání odpařování: Laser přímo odpařuje materiál, který je vhodný pro vysoce přesné mikromachining.
● Řezání oxidace: Laser zahřívá materiál a reaguje s kyslíkem, aby se zvýšila účinnost řezu.
Role pomocného plynu
Během laserového řezání se obvykle zavádí pomocný plyn, jako je kyslík, dusík nebo stlačený vzduch. Jeho funkce zahrnují:
● Odstranění roztaveného materiálu: Pomocný plyn odfoukne roztavený nebo odpařovaný materiál od řezacího prostoru, aby byl zajištěn čistý řez.
● Chladicí materiál: Zabraňte přehřátí materiálu a deformaci řezu.
● Podpora spalování: Při řezání oxidace může kyslík reagovat s materiálem pro zlepšení rychlosti a kvality řezu.
Různé materiály a požadavky na řezání určují typ a tlak pomocného plynu. Například kyslík je vhodný pro řezání uhlíkové oceli, zatímco dusík se používá pro vysoce kvalitní řezání nerezové oceli a hliníku.
Řídicí systém pro řezání laseru
Moderní zařízení pro řezání laseru je obvykle vybaveno systémem numerického ovládání (CNC), který může dosáhnout vysoce přesného a automatizovaného zpracování. Mezi hlavní funkce řídicího systému patří:
● Plánování trajektorie: přesně ovládejte pohybovou cestu laserové hlavy podle návrhových výkresů.
● Regulace výkonu: Upravte laserový výkon podle materiálu a tloušťky řezu.
● Ovládání polohy zaostření: Udržujte nejlepší účinek řezání prostřednictvím systému dynamického zaostření.
Aplikace inteligentních kontrolních systémů výrazně zlepšila přesnost a účinnost řezání laseru.
Tvorba procesu řezání
Řezání laseru je dokončeno bodem po bodovém vytápění a odstraněním materiálu. Proces řezání obsahuje následující kroky:
● Piercing: Laserový paprsek nejprve udeří malou díru na povrchu materiálu.
● Tvorba řezné dráhy: Laserová hlava se pohybuje podél set trati a postupně dokončuje řezání.
● Dokončení řezání: Po dokončení procesu řezání pomocný plyn odstraní zbytek za vzniku hladkého řezného povrchu.
Představte hlavní komponenty laserového řezacího stroje
Laserový generátor
Laserový generátor je jádro složkou laserového řezacího stroje, odpovědný za generování vysokoenergetického laserového paprsku. Mezi běžné typy laserů patří lasery vlákna, lasery CO2 a diskové lasery. Mezi nimi jsou lasery vlákna upřednostňovány pro jejich vysokou účinnost, nízké náklady na údržbu a širokou škálu aplikací.
● Lasery vlákniny: Vhodné pro řezání kovů a poskytování kvality stabilního paprsku.
● CO2 lasery: vhodné pro řezání nekovových materiálů s rychlou řeznou rychlostí.
● Diskové lasery: Vhodné pro zpracování s vysokou přesností, se silnou přizpůsobivostí.
Laserová hlava
Laserová hlava se používá k zaostření laserového paprsku, koncentrování laserové energie na povrch materiálu a dosažení účinného řezání. Laserová hlava obvykle obsahuje následující komponenty klíčů:
● Zaostřovací čočka: Zajišťuje, že laserový paprsek je vysoce zaostřen, což ovlivňuje přesnost řezu.
● Ochranná čočka: Zabraňte strusku a prachu kontaminování čočky a prodloužení životnosti zařízení.
● Automatické zaostřovací funkce: Upravte ohniskovou vzdálenost tak, aby se přizpůsobila materiálům různých tloušťkách a zlepšila účinnost práce.
CNC systém
Systém CNC je mozek laserového řezacího stroje, který ovládá trajektorii pohybu a řezné parametry laserové hlavy. Vysoce výkonné systémy CNC mohou dosáhnout následujících funkcí:
● Přesné plánování cesty: Zlepšete přesnost řezání a snižte materiálový odpad.
● Řízení propojení více osů: Podpora řezání komplexních vzorů.
● Optimalizace uživatelského rozhraní: Pro operátory jsou vhodné nastavit parametry a monitorovat.
Systém pohonu
Systém pohonu určuje rychlost pohybu a přesnost laserového řezacího stroje. Mezi běžné systémy pohonu patří:
● Servo Motor: Poskytuje vysoce přesný ovládání pohybu a je vhodný pro vysokorychlostní řezání.
● Stepper Motor: Jednoduchá struktura, nízké náklady, vhodné pro řezání střední a nízké rychlosti.
● Lineární motor: Používá se při vysokých dynamických příležitostech ke zlepšení účinnosti zpracování.
Struktura postele
Struktura postele je klíčovou součástí podpory laserového řezacího stroje a jeho stabilita přímo ovlivňuje účinek řezání.
● Struktura portálu: Silná rigidita, vhodná pro zpracování ve velkém formátu.
● Struktura konzoly: Vhodné pro řezání malých a středních materiálů.
● Honeycomb Workbench: Snižte odraz laseru a zlepšete bezpečnost zpracování.
Pomocný plynový systém
Pomocný plynový systém se používá ke zlepšení kvality řezu. Mezi běžné plyny patří kyslík, dusík a stlačený vzduch.
● Kyslík: Zrychluje oxidaci kovů a zvyšuje rychlost řezu.
● Dusík: Zabraňuje oxidaci materiálu a je vhodný pro vysoce kvalitní řezání.
● Stlačený vzduch: ekonomický a praktický, vhodný pro řezání tenkých desek.
Chladicí systém
Chladicí systém zajišťuje normální provoz laserového generátoru a dalších komponent za podmínek s vysokou teplotou.
● Systém chlazení vody: široce se používá ve vysoce výkonném laserovém zařízení, s významným chladicím účinkem.
● Systém chlazení vzduchu: Vhodný pro malé laserové vybavení, s jednoduchou strukturou a snadnou údržbou.
Systém odstraňování kouře a prachu
Systém odstraňování kouře a prachu je důležitou součástí ochrany provozního prostředí, které může účinně odstranit kouř a prach generovaný během řezání.
● Filtrační modul: Zachycuje jemné částice pro ochranu životního prostředí a lidského zdraví.
● Výfukové zařízení: Poskytuje efektivní větrání a udržuje kvalitu ovzduší dílny.
Aplikace laserového stroje v oblasti řezání laseru
Efektivní řezání kovových materiálů
Řezání laseru se široce používá při zpracování kovových materiálů, zejména u kovů, jako je nerezová ocel, hliník a měď, a může poskytovat velmi jemné řezné hrany. Laserový stroj zahřívá kov na vysokou teplotu prostřednictvím silného laserového paprsku a rychle ho roztaví a roztavený kov odfoukne proudem vzduchu, aby dokončil řezání. Řezání laseru nevyžaduje plíseň a může rychle produkovat části komplexních tvarů, čímž se snižuje výrobní náklady a čas.
Řezání nekovových materiálů
Kromě kovů se laserové stroje také široce používají při řezání nekovových materiálů. Řezání laseru může přesně řezat různé materiály, jako jsou plasty, dřevo, kůže a papír. V těchto nekovových materiálech laserové řezání nejen zajišťuje přesnost řezání, ale také nezpůsobuje deformaci materiálu a špička je hladká, což snižuje potřebu následného zpracování.
Přesné obrábění a řezání složitých tvarů
Technologie řezání laseru může dosáhnout vysoce přesného řezání, zejména u částí, které vyžadují složité obrysy. Například laserové stroje mohou řezat křivky, kulaté otvory, mikromany a další tvary, které jsou vhodné pro výrobu přesné elektroniky, mechanické části a dekorativní vzory. Flexibilita laserových strojů je důležitá při výrobě plísní, letectví, automobilovém průmyslu a dalších průmyslových odvětvích.
