Taglio laser

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Processo di taglio laser su un foglio di acciaio

CAD (superiore) e acciaio inox tagliato al laser parte (inferiore)

Il taglio laser è una tecnologia che utilizza un laser per tagliare materiali, ed è tipicamente utilizzato per applicazioni di produzione industriale, ma sta anche iniziando a essere usato dalle scuole, le piccole imprese, e hobbisti. Lavori di taglio laser dirigendo l'output di un laser ad alta potenza, da computer, al materiale da tagliare. Il materiale allora o si scioglie, ustioni, vaporizza via, o viene soffiata via da un getto di gas, ^{[ 1 ]} lasciando un bordo con una elevata qualità di finitura superficiale. Industriali taglio laser sono usati per tagliare piatto foglio di materiale così come i materiali strutturali e tubazioni.

Contenuto [ nascondi ] 1 Storia Due tipi di 3 Processo 4 Tolleranze e finitura superficiale 5 macchine configurazioni 5,1 Pulsing 6 Vantaggi e svantaggi 7 Produzione e velocità di taglio 8 Vedi anche 9 Riferimenti 10 Bibliografia 11 Collegamenti esterni

[ modifica ] Storia

Nel 1965, il primo laser macchina di produzione di taglio è stato utilizzato per praticare fori nel diamante muore. Questa macchina è stata fatta dal occidentale Centro di Ricerca Ingegneria Elettrica . ^{[ 2 ]} Nel 1967, gli inglesi pioniere laser-assistita getto di ossigeno di taglio dei metalli. Nei primi anni 1970, questa tecnologia è stata messa in produzione di tagliare titanio per applicazioni aerospaziali. Al tempo stesso di CO ₂ laser sono stati adattati per tagliare metalloidi, quali tessile , perché sono stati assorbiti da metalli. ^{[ 3 ]}

[ modifica ] Tipi di

Una diffusione raffreddato risonatore

4000 Watt di CO ₂ laser cutter

Ci sono tre tipi principali di laser utilizzati nel taglio laser. La CO ₂ laser è adatto per il taglio, foratura e incisione. Il neodimio (Nd) e neodimio ittrio-alluminio-granato ( Nd-YAG ) laser sono identiche nello stile e differiscono solo in applicazione. Nd è utilizzato per la foratura e dove alta energia, ma la ripetizione basso sono obbligatori. L'Nd-YAG laser viene utilizzato quando una potenza molto elevata è necessaria e per la foratura e incisione. Sia CO ₂ e Nd / Nd-YAG può essere utilizzato per la saldatura. ^{[ 4 ]}
Varianti comuni di CO ₂ laser includono flusso assiale veloce, lento flusso assiale, flusso trasversale, e lastra.
CO ₂ laser sono comunemente "pompato" facendo passare una corrente attraverso la miscela di gas (DC eccitati) o utilizzando energia a radiofrequenza (RF-eccitato). Il metodo di RF è più recente ed è diventato più popolare. Poiché disegni DC richiedono elettrodi all'interno della cavità, si possono incontrare erosione dell'elettrodo e la placcatura del materiale di elettrodo sul vetro e ottiche . Poiché risonatori RF hanno elettrodi esterni non sono soggetti a tali problemi.
CO ₂ laser sono utilizzati per il taglio industriale di molti materiali tra cui acciaio dolce, alluminio, acciaio inossidabile, titanio, carta, cera, plastica, legno, e tessuti. YAG laser sono utilizzati principalmente per il taglio e incisione metalli e ceramiche.
Oltre alla fonte di alimentazione, il tipo di flusso di gas può influenzare le prestazioni pure. In un flusso assiale veloce risonatore, la miscela di anidride carbonica, elio e azoto viene fatta circolare ad alta velocità da una turbina o soffiante. Laser flusso trasversale circolare la miscela di gas ad una velocità inferiore, richiedendo un semplice ventilatore. Lastra o risonatori diffusione raffreddati ad avere un campo statico che non necessita di gas di pressurizzazione o di vetro, con conseguente risparmio sulle turbine di ricambio ed oggetti in vetro.
Il generatore laser e ottiche esterne (tra cui la messa a fuoco) richiedono il raffreddamento. A seconda delle dimensioni e della configurazione, il calore di scarto può essere trasferito da un refrigerante o direttamente all'aria. L'acqua è un liquido refrigerante comunemente utilizzato, solitamente circolare attraverso un refrigeratore o di trasferimento di calore.

Lasing materiale	Applicazioni
CO 2	Noioso di taglio / incisione Incisione
Nd	Ad alta energia impulsi a bassa velocità di ripetizione (1 kHz) Boring
Nd-YAG	Impulsi di energia molto elevati Boring Incisione Taglio

Un microjet laser è un getto d'acqua guidata laser in cui è accoppiato un fascio laser impulsato in un getto a bassa pressione dell'acqua. Questo è utilizzato per eseguire il taglio laser funzioni mentre utilizzando il getto d'acqua per guidare il fascio laser, molto simile a una fibra ottica, attraverso la riflessione interna totale. I vantaggi di questo sono che l'acqua rimuove anche i residui e si raffredda il materiale. Ulteriori vantaggi rispetto ai tradizionali di taglio "a secco" laser sono velocità elevate, il taglio a dadi parallelo solco e taglio omnidirezionale. ^{[ 5 ]}

[ modifica ] Processo

Taglio laser industriale in acciaio con le istruzioni di taglio programmato tramite l'interfaccia CNC

Generazione del laser fascio coinvolge stimolare un materiale lasing da scariche elettriche o lampade all'interno di un contenitore chiuso. Come il materiale lasing è stimolata, il fascio viene riflesso internamente mediante uno specchio parziale, fino ad ottenere energia sufficiente per sfuggire come un flusso di luce monocromatica coerente. Specchi o fibre ottiche sono in genere utilizzati per dirigere la luce coerente ad una lente, che mette a fuoco la luce alla zona di lavoro. La parte più stretta del fascio focalizzato è generalmente inferiore a 0,0125 pollici (0,32 mm). di diametro. A seconda dello spessore del materiale, kerf larghezze piccoli come 0,004 pollici (0,10 mm) sono possibili. ^{[ 6 ]} Per essere in grado di iniziare il taglio da qualche altra parte del bordo, una Pierce è fatto prima ogni taglio. Piercing di solito comporta un potente raggio laser pulsato, che pian piano si fa un buco nel materiale, tenendo circa 5-15 secondi per 0,5 pollici di spessore (13 mm) in acciaio inox , per esempio.
I raggi paralleli di luce coerente dalla sorgente laser spesso cadono nell'intervallo tra 0,06-0,08 pollici (1,5-2,0 mm) di diametro. Questo fascio viene normalmente focalizzato e intensificato da una lente o uno specchio ad un punto molto piccolo di circa 0,001 pollici (0,025 mm) per creare un fascio laser molto intenso. Al fine di ottenere una finitura liscia possibile durante il taglio del profilo, la direzione del fascio di polarizzazione deve essere ruotata come va intorno alla periferia di un pezzo sagomato. Per il taglio di lamiere, la lunghezza focale è generalmente 1,5-3 pollici (38-76 mm). ^{[ 7 ]}
Ci sono molti metodi diversi di taglio mediante laser, con diversi tipi utilizzati per tagliare materiale diverso. Alcuni dei metodi sono vaporizzazione, fondere e soffiare, soffiare fondere e bruciare, stress cracking termico, incisione, taglio a freddo e la masterizzazione di taglio laser stabilizzato.

Vaporizzazione di taglio

In vaporizzazione tagliare il fascio focalizzato riscalda la superficie del materiale a ebollizione e genera una serratura. La toppa porta ad un improvviso aumento di assorbimento rapido approfondimento del foro. Con l'aggravarsi della coperte e le bolle di materiale, il vapore generato erode le pareti fusi ejecta soffia fuori e allargare ulteriormente il foro. Materiale di fusione non come legno, carbonio e plastiche termoindurenti sono generalmente tagliati con questo metodo.

Melt e soffiare

Fondere e taglio colpo o fusione utilizza gas ad alta pressione per soffiare materiale fuso dalla zona di taglio, diminuendo notevolmente il fabbisogno di potenza. Il primo materiale viene riscaldato a fusione poi un getto di gas spinge il materiale fuso dal taglio evitando la necessità di aumentare la temperatura del materiale ulteriormente. Materiali tagliati con questo processo sono solitamente metalli.

Lo stress cracking termico

Materiali fragili sono particolarmente sensibili alla frattura termica, una caratteristica sfruttata in stress cracking termico. Un fascio è focalizzato sulla superficie causando riscaldamento localizzato ed espansione termica. Ciò si traduce in una crepa che può essere guidato spostando il fascio. La fessura può essere spostato in ordine di m / s. Di solito è usato nel taglio del vetro.

Il taglio a dadi Stealth di wafer di silicio

La separazione dei microelettronici chip preparato nella fabbricazione di dispositivi a semiconduttore da wafer di silicio può essere eseguita dal cosiddetto processo furtività spezzettatura, che opera con un pulsato Nd: YAG laser , la lunghezza d'onda dei quali (1064 nm) è ben adottato alla elettronica band gap del silicio (1.11 eV o 1117 nm).

Ulteriori informazioni: il taglio a dadi Wafer

Taglio reattiva

Chiamato anche "bruciare stabilizzato taglio laser a gas", "taglio a fiamma". Taglio reattiva è come ossitaglio torcia ma con un raggio laser come sorgente di accensione. Molto utilizzata per il taglio di acciaio al carbonio in spessori superiori a 1 mm. Questo processo può essere usato per tagliare lastre di acciaio di forte spessore e potenza laser relativamente poco.

[ modifica ] Le tolleranze e finitura superficiale

Taglio laser sono nuovi posizionamento precisione di 10 micron e ripetibilità su 5 micrometri.
Standard di rugosità Rz aumenta con lo spessore della lamiera, ma diminuisce con potenza del laser e la velocità di taglio . Durante il taglio di acciaio a basso carbonio con un laser di potenza 800 W, standard rugosità Rz è 10 um per spessore lamiera di 1 mm, 20 pm per 3 mm, e 25 micron per 6 mm. , dove: spessore della lamiera in mm; potenza laser in kW (alcuni tagliatori laser nuovi hanno potenza del laser di 4 kW.), velocità di taglio in metri al minuto ^{[ 8 ]}
Questo processo è in grado di contenere molto vicino tolleranze , spesso all'interno di 0,001 pollici (0,025 mm) geometria del pezzo e la solidità meccanica della macchina hanno molto a che fare con le capacità di tolleranza. La finitura superficiale tipico derivante dal taglio del raggio laser può variare 125-250 micro-pollici (0,003 mm a 0,006 millimetri). ^{[ 4 ]}

[ modifica ] configurazioni della macchina

Dual-pallet volo ottica laser

Volare ottica laser testa

Ci sono generalmente tre diverse configurazioni di macchine da taglio laser industriali: materiale in movimento, ibridi, sistemi di volo e l'ottica. Si riferiscono al modo in cui il fascio laser viene spostato sul materiale da tagliare o trasformati. Per tutti questi, gli assi di movimento sono tipicamente designati X e Y asse . Se la testa di taglio può essere controllata, è designato come asse Z.
Laser materiale in movimento hanno una testa di taglio fermo e spostare il materiale in esso. Questo metodo fornisce una distanza costante dal generatore laser al pezzo e un unico punto da cui rimuovere taglio effluenti. Richiede minori ottica, ma richiede lo spostamento del pezzo. Questa macchina stile tende ad avere il minor numero di ottiche di consegna del fascio, ma tende anche ad essere più lento.
Laser ibride forniscono una tabella che si muove in un asse (solitamente l'asse X) e spostare la testa lungo l'asse (Y) più corta. Ciò si traduce in un più costante lunghezza del percorso del fascio di consegna di una macchina volante ottica e può consentire un semplice sistema di erogazione del fascio. Ciò può causare la perdita di potenza ridotta nel sistema di consegna e più capacità per watt rispetto alle macchine volanti ottica.
Volanti laser ottici dispongono di un tavolo fisso e una testa di taglio (con raggio laser) che si muove sopra il pezzo in entrambe le dimensioni orizzontali. Volare frese ottica mantenere fermo il pezzo durante la lavorazione e spesso non richiedono materiale di fissaggio. La massa mobile è costante, così dinamiche non sono influenzati variando dimensioni del pezzo. Macchine volanti ottica sono il tipo più veloce, il che è vantaggioso quando si tagliano pezzi sottili. ^{[ 9 ]}
Battenti macchine ottiche devono utilizzare un metodo per tener conto della lunghezza del fascio passa da campo vicino (vicino al risonatore) il taglio in campo lontano (lontano dal risonatore) taglio. Metodi comuni per il controllo di questo includono collimazione, ottica adattativa o l'utilizzo di un asse costante lunghezza della trave.
cinque e sei assi macchine permettono anche di taglio pezzi formati. In aggiunta, ci sono vari metodi di orientare il fascio laser di un pezzo sagomato, mantenendo una distanza corretta messa a fuoco e standoff ugello, ecc

[ modifica ] Pulsing

Impulsi laser che forniscono una elevata potenza scoppio di energia per un breve periodo sono molto efficaci in alcuni processi di taglio laser, particolarmente per foratura, o quando i fori molto piccoli o molto basse velocità di taglio sono necessari, poiché se un raggio laser continuo sono stati utilizzati, il calore potrebbe raggiungere il punto di fusione del pezzo intero da tagliare.
La maggior parte dei laser industriali hanno la capacità di impulso o di taglio CW (Continuous Wave) sotto NC ( controllo numerico ), il controllo del programma.
Laser a doppio impulso utilizzare una serie di coppie di impulsi per migliorare asportazione e qualità del foro. Essenzialmente, il primo impulso rimuove il materiale dalla superficie e la seconda impedisce ejecta aderisca al lato del foro o taglio. ^{[ 10 ]}

[ modifica ] Vantaggi e svantaggi

In questo articolo contiene un elenco pro e contro . prega di contribuire a migliorarla integrando entrambi i lati in un più neutro presentazione. (novembre 2012)

Vantaggi del taglio laser su taglio meccanico comprendono facile bloccaggio e ridotta contaminazione del pezzo (poiché non tagliente che può essere contaminata da materiale o contaminare il materiale). Precisione può essere migliore, poiché il fascio laser non indossare durante il processo. C'è anche una ridotta possibilità di deformazione del materiale che viene tagliato, come sistemi laser hanno una piccola zona di influenza termica. Alcuni materiali sono molto difficili o impossibili da tagliare con mezzi più tradizionali.
Taglio laser per metalli presenta i vantaggi sopra taglio al plasma di essere più precisa e utilizzando meno energia quando il taglio di lamiere, tuttavia, la maggior parte dei laser industriali non può tagliare il metallo spessore maggiore che il plasma può. Più recenti macchine laser operanti a più alta potenza (6000 watt, in contrasto con il laser di taglio precoce 1.500 macchine, voti watt) si stanno avvicinando le macchine al plasma nella loro capacità di tagliare attraverso i materiali spessi, ma il costo del capitale di tali macchine è molto superiore a quella del plasma macchine da taglio in grado di tagliare materiali spessi come lamiera di acciaio.
Il principale svantaggio di taglio laser è il consumo di potenza. Industriale efficienza laser può variare dal 5% al 15%. Il consumo di potenza e l'efficienza di un laser particolare varierà a seconda della potenza di uscita e di parametri di funzionamento. Questo dipende dal tipo di laser e quanto bene il laser è abbinato al lavoro a portata di mano. La quantità di potenza necessaria taglio laser, noto come apporto di calore , per un particolare lavoro dipende dal tipo di materiale, spessore, di processo (reattivo / inerte) utilizzato, e velocità di taglio desiderata.

Quantità di portata termica necessaria per il materiale vario in vari spessori con un CO ₂ laser (watt) ^{[ 11 ]}

Materiale	Spessore del materiale
	0.02 in (0,51 mm)	0,04 in (1,0 mm)	0.08 in (2,0 mm)	0.125 in (3,2 mm)	0.25 in (6,4 mm)
Acciaio inossidabile	1000	1000	1000	500	250
Alluminio	1000	1000	1000	3800	10000
Acciaio dolce	-	400	-	500	-
Titanio	250	210	210	-	-
Compensato	-	-	-	-	650
Boro / epossidica	-	-	-	3000	-

[ modifica ] Produzione e velocità di taglio

Il tasso massimo di taglio (velocità di produzione) è limitato da una serie di fattori, tra potenza del laser, spessore, tipo di processo (reattiva o inerte) e proprietà dei materiali.
Comuni sistemi industriali (1 kW +) sarà il taglio di acciaio al carbonio metallo ,020-,5 pollici (0,51-13 mm) di spessore. Per tutti gli effetti, un laser può essere fino a 30 volte più veloce di taglio standard.

Taglio prezzi per i vari materiali e spessori con un CO ₂ laser (in / min) ^{[ citazione necessaria ]}

Materiale da lavorare	Spessore del materiale
	0.02 in (0,51 mm)	0,04 in (1,0 mm)	0.08 in (2,0 mm)	0.125 in (3,2 mm)	0.25 in (6,4 mm)	0,5 in (13 mm)
Acciaio inossidabile	1000	550	325	185	80	18
Alluminio	800	350	150	100	40	30
Acciaio dolce	-	210	185	150	100	50
Titanio	300	300	100	80	60	40
Compensato	-	-	-	-	180	45
Boro / epossidica	-	-	-	60	60	25

[ modifica ] Vedi anche

• Tecnologia di Incisioni laser
• Laser conversione
• Foratura laser
• Incisione laser
• Lasersaur
• Elenco degli articoli laser