Από την πρώτη εφαρμογή της στη βιομηχανική κατασκευή τη δεκαετία του 1970, η κοπή με λέιζερ έχει εξελιχθεί σε μια από τις πιο βασικές τεχνολογίες θερμικής κοπής στη σύγχρονη επεξεργασία υλικών. Οι εφαρμογές του καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα υλικών, συμπεριλαμβανομένωνκράματα τιτανίου, πλαστικά, γυαλί, κεραμικά, ημιαγωγοί, υφάσματα, ξύλο και χαρτί, και παίζει αναντικατάστατο ρόλο σε πολυάριθμους κλάδους όπως η αυτοκινητοβιομηχανία, η αεροδιαστημική, η ηλεκτρονική και η ελαφριά βιομηχανία.
I. Βασικές Αρχές Διαδικασίας
Η βασική διαδικασία κοπής με λέιζερ είναι η εξής: Μια δέσμη λέιζερ υψηλής-ισχύς-πυκνότητας κατευθύνεται στην επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας. Το υλικό στην ακτινοβολούμενη περιοχή απορροφά γρήγορα τη φωτεινή ενέργεια και τη μετατρέπει σε θερμική ενέργεια, με αποτέλεσμα η θερμοκρασία να ανέβει απότομα στο σημείο τήξης ή ακόμα και στο σημείο βρασμού, με αποτέλεσμα την τοπική τήξη ή εξάτμιση του υλικού. Μόλις η δέσμη λέιζερ διεισδύσει στο τεμάχιο εργασίας, η διαδικασία κοπής ξεκινά σοβαρά-η δέσμη κινείται κατά μήκος ενός προκαθορισμένου περιγράμματος, λιώνοντας συνεχώς το υλικό κατά μήκος της διαδρομής που πρόκειται να διαχωριστεί. Ταυτόχρονα, ένα βοηθητικό αέριο (συνήθως πεπιεσμένος αέρας ή ένα συγκεκριμένο αέριο διεργασίας) διοχετεύεται στην κοπή σε μια ορισμένη πίεση για να αφαιρεθεί αμέσως το λιωμένο υλικό, σχηματίζοντας ένα στενό κενό μεταξύ του κομμένου τεμαχίου και του υλικού βάσης που είναι περίπου ίσο σε πλάτος με τη διάμετρο του εστιασμένου σημείου λέιζερ, επιτυγχάνοντας έτσι ακριβή διαχωρισμό.
II. Κατηγορίες Βασικών Διεργασιών και Τεχνικά Χαρακτηριστικά
Με βάση τον τύπο του βοηθητικού αερίου και τον μηχανισμό αφαίρεσης υλικού, η κοπή με λέιζερ μπορεί να ταξινομηθεί στους παρακάτω τυπικούς τρόπους διεργασίας. (1) Κοπή με φλόγα Η κοπή με φλόγα είναι η τυπική διαδικασία για την επεξεργασία χάλυβα με χαμηλές-άνθρακες. Αυτή η διαδικασία χρησιμοποιεί το οξυγόνο ως βοηθητικό αέριο, με πιέσεις που φτάνουν έως και τα 6 bar. Ο πυρήνας του μηχανισμός είναι ο εξής: αφού η δέσμη λέιζερ θερμάνει το μέταλλο στο σημείο ανάφλεξής του, το οξυγόνο αντιδρά βίαια με το μέταλλο υψηλής{{6} θερμοκρασίας μέσω οξείδωσης (δηλαδή, καύσης). Αυτή η αντίδραση απελευθερώνει μεγάλη ποσότητα χημικής ενέργειας (έως και πέντε φορές την ενέργεια του ίδιου του λέιζερ) και μαζί με τη δέσμη λέιζερ, αυτή η ενέργεια διευκολύνει τόσο την τήξη όσο και την αφαίρεση υλικού. Αυτή η συνεργιστική επίδραση της "θερμοχημικής αντίδρασης συν θέρμανση με λέιζερ" δίνει στην κοπή με φλόγα πλεονεκτήματα τόσο αποτελεσματικότητας όσο και{11}}κόστους κατά την επεξεργασία παχύρρευστου-ελασματοειδούς χάλυβα χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα-.
(2) Κοπή με σύντηξη Η κοπή με σύντηξη είναι μία από τις πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες διαδικασίες κοπής μετάλλων και είναι επίσης κατάλληλη για εύτηκτα μη-μεταλλικά υλικά όπως τα κεραμικά. Αυτή η διαδικασία χρησιμοποιεί άζωτο ή αργό ως βοηθητικό αέριο, με εύρος πίεσης 2–20 bar. Τόσο το άζωτο όσο και το αργό είναι αδρανή αέρια. δεν αντιδρούν χημικά με το λιωμένο μέταλλο κατά τη διάρκεια της κοπής, αλλά απλώς χρησιμοποιούν φυσική δύναμη εμφύσησης για να αποβάλλουν το λιωμένο υλικό από την κοπή. Ταυτόχρονα, το αδρανές αέριο σχηματίζει μια προστατευτική ατμόσφαιρα στο άκρο κοπής, αποτρέποντας αποτελεσματικά την οξείδωση που προκαλείται από την επαφή μεταξύ της ζώνης υψηλής- θερμοκρασίας και του αέρα, δημιουργώντας έτσι μια καθαρή,-ελεύθερη επιφάνεια κοπής.
(3) Κοπή πεπιεσμένου αέρα Για την επεξεργασία υλικών λεπτών φύλλων, ο πεπιεσμένος αέρας μπορεί να χρησιμοποιηθεί απευθείας ως πηγή αερίου κοπής. Η πίεση του αερίου συνήθως ρυθμίζεται στα 5-6 bar, η οποία είναι επαρκής για να φυσήξει αποτελεσματικά το λιωμένο υλικό από την κοπή. Δεδομένου ότι περίπου το 78% του αέρα είναι άζωτο, ο μηχανισμός κοπής του είναι ουσιαστικά ο ίδιος με αυτόν της κοπής τήξης. Ωστόσο, το οξυγόνο που περιέχεται στον αέρα μπορεί να προκαλέσει ελαφρά οξείδωση υπό ορισμένες συνθήκες. Επομένως, αυτή η διαδικασία χρησιμοποιείται κυρίως για εφαρμογές λεπτών-φύλλων όπου οι απαιτήσεις οξείδωσης δεν είναι αυστηρές, προσφέροντας πλεονεκτήματα κόστους και ευκολίας.
(4) Πλάσμα-Υποβοηθούμενη κοπή Όταν οι παράμετροι της διεργασίας ταιριάζουν σωστά, ένα σύννεφο πλάσματος-που αποτελείται από ατμούς ιονισμένου μετάλλου και το αέριο κοπής-μπορεί να δημιουργηθεί κατά τη διαδικασία κοπής τήξης. Αυτό το σύννεφο πλάσματος απορροφά αποτελεσματικά την ενέργεια από τη δέσμη λέιζερ CO2 και την εκπέμπει ξανά στην επιφάνεια του τεμαχίου εργασίας, επιτρέποντας τη σύζευξη περισσότερης ενέργειας στο εσωτερικό του υλικού και επιταχύνοντας τη διαδικασία τήξης, αυξάνοντας έτσι σημαντικά την ταχύτητα κοπής. Για αυτόν τον λόγο, η διαδικασία είναι επίσης γνωστή ως κοπή πλάσματος υψηλής-ταχύτητας. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι το νέφος πλάσματος είναι διαφανές σε λέιζερ στερεάς-κατάστασης (όπως λέιζερ ινών) και δεν μπορεί να ενισχύσει την ενεργειακή σύζευξη. Επομένως, αυτή η διαδικασία ισχύει μόνο για λέιζερ CO2.
(5) Κοπή εξάτμισης: Η κοπή με εξάτμιση επιτυγχάνει το διαχωρισμό με την άμεση εξάχνωση του υλικού, ελαχιστοποιώντας έτσι τη ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα-. Για υλικά με χαμηλή θερμότητα εξάτμισης και υψηλούς ρυθμούς απορρόφησης (όπως λεπτές πλαστικές μεμβράνες, ξύλο, χαρτί, αφρός και άλλα μη εύτηκτα υλικά), η καθαρή κοπή εξάτμισης μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας λέιζερ CO2 συνεχούς-κυμάτων. Η εισαγωγή των υπερμικρών{6}}λέιζερ παλμών (επίπεδα picosecond και femtosecond) έχει επεκτείνει την κοπή εξάτμισης στον τομέα των μεταλλικών υλικών. Ο μηχανισμός είναι ο εξής: λόγω της εξαιρετικά μικρής διάρκειας των υπερμικρών παλμών, τα ελεύθερα ηλεκτρόνια στο μέταλλο απορροφούν γρήγορα την ενέργεια λέιζερ και θερμαίνονται απότομα. το υλικό εξαχνώνεται απευθείας πριν η θερμότητα μπορεί να μεταφερθεί στο περιβάλλον κρυσταλλικό πλέγμα. Αυτή η διαδικασία δεν περιλαμβάνει τήξη, χωρίς γρέζια και καμία σημαντική ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα-, επιτυγχάνοντας "ψυχρή επεξεργασία" με την πραγματική έννοια του όρου. Είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για τη μικροκατασκευή εξαρτημάτων ακριβείας και ευαίσθητων στη θερμότητα υλικών.
IV. Σύναψη
Οι ποικίλες διαδρομές διεργασίας της τεχνολογίας κοπής με λέιζερ παρέχουν ακριβείς λύσεις για σενάρια επεξεργασίας που περιλαμβάνουν διαφορετικά υλικά, πάχη και απαιτήσεις ποιότητας. Από την κοπή με φλόγα, η οποία κυριαρχείται από θερμοχημικές αντιδράσεις, έως την κοπή με τήξη υπό προστασία αδρανούς αερίου και την κοπή με εξάτμιση που προκαλείται από εξαιρετικά βραχείς παλμούς, κάθε διαδικασία αντιστοιχεί σε διακριτούς φυσικούς μηχανισμούς και όρια εφαρμογής. Η βαθιά κατανόηση των εγγενών σχέσεων μεταξύ αυτών των ταξινομήσεων και παραμέτρων είναι απαραίτητη προϋπόθεση για τη βελτιστοποίηση της ποιότητας κοπής και τη βελτίωση της απόδοσης επεξεργασίας, και χρησιμεύει επίσης ως το θεμέλιο για την προώθηση της τεχνολογίας κατασκευής λέιζερ προς μεγαλύτερη ακρίβεια και απόδοση.
E-ταχυδρομείο:garychen3215@hotmail.com
Διεύθυνση: No.35, Baoti Rd, πόλη Baoji, επαρχία Shaanxi, Κίνα
Επικοινωνία: κ. Gary Chen
Τηλέφωνο: +86-917-8883215
Κινητό/WhatsApp: +86 13092900605
