Kukata kwa laser ni teknolojia ambayo hutumia laser ili kuyeyusha vifaa, na kusababisha makali ya kukata.Ingawa kwa kawaida hutumiwa kwa matumizi ya utengenezaji wa viwanda, sasa inatumiwa na shule, biashara ndogo ndogo, usanifu, na wapenda hobby.Kukata laser hufanya kazi kwa kuelekeza matokeo ya leza yenye nguvu ya juu kwa kawaida kupitia optics.Laser optics na CNC (udhibiti wa nambari za kompyuta) hutumiwa kuelekeza boriti ya laser kwenye nyenzo.Laser ya kibiashara ya kukata nyenzo hutumia mfumo wa kudhibiti mwendo kufuata CNC au G-code ya muundo ili kukatwa kwenye nyenzo.Mionzi ya leza iliyolengwa huelekezwa kwenye nyenzo, ambayo kisha huyeyuka, kuchomwa, kuyeyuka, au kupeperushwa na ndege ya gesi, [1] na kuacha ukingo wenye umalizio wa ubora wa juu.
Historia
Mnamo mwaka wa 1965, mashine ya kwanza ya kukata laser ya uzalishaji ilitumiwa kuchimba mashimo katika kufa kwa almasi.Mashine hii ilitengenezwa na Kituo cha Utafiti cha Uhandisi wa Umeme cha Magharibi. [3]Mnamo 1967, Waingereza walianzisha ukataji wa jeti ya oksijeni iliyosaidiwa na laser kwa ajili ya metali. [4]Mwanzoni mwa miaka ya 1970, teknolojia hii iliwekwa katika uzalishaji ili kukata titani kwa matumizi ya anga.Wakati huohuo leza za CO2 zilibadilishwa ili kukata zisizo za metali, kama vile nguo, kwa sababu, wakati huo, leza za CO2 hazikuwa na nguvu za kutosha kushinda upitishaji joto wa metali. [5]
Mchakato
Kukata chuma cha laser ya viwandani na maagizo ya kukata yaliyopangwa kupitia kiolesura cha CNC
Boriti ya laser kwa ujumla inalenga kwa kutumia lenzi ya ubora wa juu kwenye eneo la kazi.Ubora wa boriti una athari ya moja kwa moja kwenye ukubwa wa doa uliozingatia.Sehemu nyembamba zaidi ya boriti iliyolengwa kwa ujumla huwa chini ya inchi 0.0125 (milimita 0.32) kwa kipenyo.Kulingana na unene wa nyenzo, upana wa kerf ndogo kama inchi 0.004 (milimita 0.10) unawezekana.[6]Ili kuwa na uwezo wa kuanza kukata kutoka mahali pengine isipokuwa makali, kutoboa hufanyika kabla ya kila kata.Kutoboa kwa kawaida huhusisha boriti ya leza inayopigika yenye nguvu ya juu ambayo polepole hutoa shimo kwenye nyenzo, ikichukua takribani sekunde 5-15 kwa chuma cha pua cha inchi 0.5-unene (milimita 13), kwa mfano.
Miale sambamba ya mwanga unaoshikamana kutoka kwa chanzo cha leza mara nyingi huanguka katika safu kati ya inchi 0.06–0.08 (milimita 1.5–2.0) kwa kipenyo.Boriti hii kwa kawaida hutulia na kuimarishwa kwa lenzi au kioo hadi sehemu ndogo sana ya takriban inchi 0.001 (milimita 0.025) ili kuunda boriti kali sana ya leza.Ili kufikia ukamilifu unaowezekana wakati wa kukata contour, mwelekeo wa polarization ya boriti lazima uzungushwe unapozunguka pembezoni mwa kazi ya kontua.Kwa ukataji wa karatasi ya chuma, urefu wa msingi kwa kawaida ni inchi 1.5-3 (milimita 38–76).[7]
Faida za kukata laser juu ya kukata mitambo ni pamoja na kufanya kazi kwa urahisi na kupunguza uchafuzi wa workpiece (kwa kuwa hakuna makali ya kukata ambayo yanaweza kuchafuliwa na nyenzo au kuchafua nyenzo).Usahihi unaweza kuwa bora, kwani boriti ya laser haina kuvaa wakati wa mchakato.Pia kuna uwezekano mdogo wa kupotosha nyenzo zinazokatwa, kwani mifumo ya leza ina eneo dogo lililoathiriwa na joto.[8]Vifaa vingine pia ni vigumu sana au haiwezekani kukata kwa njia za jadi zaidi.
Kukata laser kwa metali kuna faida zaidi ya kukata plasma ya kuwa sahihi zaidi[9] na kutumia nishati kidogo wakati wa kukata karatasi ya chuma;hata hivyo, leza nyingi za viwanda haziwezi kukata unene wa chuma zaidi ambao plazima inaweza.Mashine mpya za leza zinazofanya kazi kwa nguvu ya juu zaidi (wati 6000, ikilinganishwa na ukadiriaji wa wati 1500 za mashine za mapema za laser) zinakaribia mashine za plasma katika uwezo wao wa kukata nyenzo nene, lakini gharama ya mtaji ya mashine kama hizo ni kubwa zaidi kuliko ile ya plasma. mashine za kukata zenye uwezo wa kukata nyenzo nene kama sahani ya chuma. [10]
Aina
4000 watt CO2 laser cutter
Kuna aina tatu kuu za lasers kutumika katika kukata laser.Laser ya CO2 inafaa kwa kukata, kuchosha na kuchora.Leza za neodymium (Nd) na neodymium yttrium-aluminium-garnet (Nd:YAG) zinafanana kwa mtindo na hutofautiana tu katika matumizi.Nd inatumika kwa kuchosha na ambapo nishati nyingi lakini marudio ya chini yanahitajika.Laser ya Nd:YAG inatumika ambapo nguvu ya juu sana inahitajika na kwa kuchosha na kuchora.Leza za CO2 na Nd/Nd:YAG zinaweza kutumika kwa uchomeleaji.[11]
Laser za CO2 kwa kawaida "husukumwa" kwa kupitisha mkondo kupitia mchanganyiko wa gesi (DC-msisimko) au kutumia nishati ya masafa ya redio (RF-msisimko).Njia ya RF ni mpya zaidi na imekuwa maarufu zaidi.Kwa kuwa miundo ya DC inahitaji elektroni ndani ya patiti, inaweza kukutana na mmomonyoko wa elektrodi na uwekaji wa nyenzo za elektrodi kwenye vyombo vya glasi na macho.Kwa kuwa resonator za RF zina electrodes za nje hazipatikani na matatizo hayo.Laser za CO2 hutumika kukata nyenzo nyingi viwandani ikiwa ni pamoja na titani, chuma cha pua, chuma kidogo, alumini, plastiki, mbao, mbao zilizobuniwa, nta, vitambaa na karatasi.Laser za YAG hutumiwa kimsingi kukata na kuchambua metali na kauri. [12]
Mbali na chanzo cha nguvu, aina ya mtiririko wa gesi inaweza kuathiri utendaji pia.Vibadala vya kawaida vya leza za CO2 ni pamoja na mtiririko wa kasi wa axial, mtiririko wa polepole wa axial, mtiririko wa mpito, na slab.Katika resonator ya mtiririko wa axial haraka, mchanganyiko wa dioksidi kaboni, heliamu na nitrojeni husambazwa kwa kasi ya juu na turbine au blower.Laser za mtiririko wa kupita huzunguka mchanganyiko wa gesi kwa kasi ya chini, inayohitaji kipulizia rahisi zaidi.Resonata zilizopozwa za slab au uenezaji zina sehemu ya gesi tuli ambayo haihitaji kushinikiza au vyombo vya glasi, hivyo basi kuokoa kuokoa mitambo na vyombo vya kioo.
Jenereta ya laser na optics ya nje (ikiwa ni pamoja na lenzi ya kuzingatia) zinahitaji baridi.Kulingana na saizi ya mfumo na usanidi, joto la taka linaweza kuhamishwa na kipozezi au moja kwa moja hewani.Maji ni kipozezi kinachotumika sana, kwa kawaida husambazwa kupitia kibaridi au mfumo wa uhamishaji joto.
laser microjet ni leza inayoongozwa na jeti ya maji ambayo boriti ya leza inayopigika inaunganishwa kwenye ndege ya maji yenye shinikizo la chini.Hii hutumiwa kufanya kazi za kukata leza huku ukitumia jeti ya maji kuelekeza boriti ya leza, kama vile nyuzi macho, kupitia kuakisi kwa ndani kwa jumla.Faida za hii ni kwamba maji pia huondoa uchafu na baridi ya nyenzo.Faida za ziada dhidi ya ukataji wa leza "kavu" wa kitamaduni ni kasi ya juu ya kupiga dicing, kerf sambamba, na ukataji wa pande zote.[13]
Laser za nyuzi ni aina ya leza ya hali dhabiti ambayo inakua kwa kasi ndani ya tasnia ya kukata chuma.Tofauti na CO2, teknolojia ya Fiber hutumia wastani wa faida, kinyume na gesi au kioevu."Laser ya mbegu" hutoa boriti ya laser na kisha huimarishwa ndani ya nyuzi za kioo.Kwa urefu wa mawimbi ya leza za nyuzi nanomita 1064 pekee huzalisha saizi ndogo sana ya doa (hadi mara 100 ndogo ikilinganishwa na CO2) na kuifanya kuwa bora kwa kukata nyenzo za chuma zinazoakisi.Hii ni mojawapo ya faida kuu za Fiber ikilinganishwa na CO2. [14]
Faida za kukata laser ya nyuzi ni pamoja na: -
Nyakati za usindikaji wa haraka.
Kupunguza matumizi ya nishati na bili - kwa sababu ya ufanisi zaidi.
Kuegemea zaidi na utendaji - hakuna optics ya kurekebisha au kusawazisha na hakuna taa za kuchukua nafasi.
Utunzaji mdogo.
Uwezo wa kusindika vifaa vya kuakisi sana kama vile shaba na shaba
Uzalishaji wa juu - gharama za chini za uendeshaji hutoa faida kubwa kwa uwekezaji wako.[15]
Mbinu
Kuna njia nyingi tofauti za kukata kwa kutumia lasers, na aina tofauti zinazotumiwa kukata nyenzo tofauti.Baadhi ya mbinu ni vaporization, kuyeyuka na pigo, kuyeyuka pigo na kuchoma, mafuta stress ngozi, scribing, kukata baridi na kuchoma imetulia laser kukata.
Kukata mvuke
Katika ukataji wa mvuke, boriti inayolengwa hupasha joto uso wa nyenzo hadi sehemu ya kumweka na kutoa tundu la ufunguo.Shimo la funguo husababisha kuongezeka kwa ghafla kwa kunyonya kwa kina cha shimo.Shimo linapozidi kuongezeka na nyenzo kuchemka, mvuke unaotokana na maji humomonyoa kuta zilizoyeyuka zinazopeperusha toa nje na kupanua shimo zaidi.Nyenzo zisizoyeyuka kama vile kuni, kaboni na plastiki ya thermoset kawaida hukatwa kwa njia hii.
Kuyeyuka na kupiga
Kuyeyusha na kupuliza au kukata mchanganyiko hutumia gesi ya shinikizo la juu ili kupuliza nyenzo iliyoyeyuka kutoka eneo la kukata, na hivyo kupunguza sana mahitaji ya nguvu.Kwanza nyenzo hupashwa joto hadi kiwango myeyuko kisha jeti ya gesi hupuliza nyenzo iliyoyeyushwa kutoka kwa kerf kuepuka hitaji la kuongeza joto la nyenzo zaidi.Nyenzo zilizokatwa na mchakato huu kawaida ni metali.
Kupasuka kwa shinikizo la joto
Nyenzo brittle ni nyeti hasa kwa kuvunjika kwa mafuta, kipengele kinachotumiwa katika ngozi ya mkazo wa joto.Boriti inalenga juu ya uso na kusababisha joto la ndani na upanuzi wa joto.Hii inasababisha ufa ambao unaweza kisha kuongozwa na kusonga boriti.Ufa unaweza kuhamishwa kwa mpangilio wa m / s.Kawaida hutumiwa katika kukata glasi.
Uwekaji wa siri wa kaki za silicon
Habari zaidi: Kaki kukatwa
Utenganishaji wa chip za kielektroniki kama ilivyotayarishwa katika utengenezaji wa kifaa cha semiconductor kutoka kwa kaki za silicon unaweza kufanywa kwa kinachojulikana kuwa mchakato wa kupiga kura kwa siri, ambao hufanya kazi kwa leza ya Nd:YAG inayopigika, ambayo urefu wake wa mawimbi (1064 nm) umebadilishwa vyema na kielektroniki. pengo la bendi ya silicon (1.11 eV au 1117 nm).
Kukata tendaji
Pia inaitwa "kuchoma imetulia kukata gesi ya laser", "kukata moto".Kukata tendaji ni kama kukata tochi ya oksijeni lakini kwa boriti ya leza kama chanzo cha kuwasha.Inatumika zaidi kwa kukata chuma cha kaboni katika unene zaidi ya 1 mm.Utaratibu huu unaweza kutumika kukata sahani za chuma nene na nguvu kidogo ya laser.
Uvumilivu na kumaliza uso
Vikata laser vina usahihi wa nafasi ya mikromita 10 na uwezo wa kujirudia wa mikromita 5.[inahitajika]
Ukwaru wa kawaida Rz huongezeka kwa unene wa karatasi, lakini hupungua kwa nguvu ya laser na kasi ya kukata.Wakati wa kukata chuma cha chini cha kaboni na nguvu ya laser ya 800 W, ukali wa kiwango cha Rz ni 10 μm kwa unene wa karatasi ya 1 mm, 20 μm kwa 3 mm, na 25 μm kwa 6 mm.
{\displaystyle Rz={\frac {12.528\cdot S^{0.542}}{P^{0.528}\cdot V^{0.322}}}}{\displaystyle Rz={\frac {12.528\cdot S^{0.542} }}{P^{0.528}\cdot V^{0.322}}}}
Ambapo: {\ displaystyle S=}S= unene wa karatasi ya chuma katika mm;{\displaystyle P=}P= nguvu ya leza katika kW (baadhi ya vikata leza vipya vina nguvu ya leza ya kW 4);{\displaystyle V=}V= kasi ya kukata katika mita kwa dakika.[16]
Utaratibu huu una uwezo wa kushikilia uvumilivu wa karibu kabisa, mara nyingi hadi ndani ya inchi 0.001 (0.025 mm).Sehemu ya jiometri na uzima wa mitambo ya mashine vinahusiana sana na uwezo wa kustahimili.Umaliziaji wa kawaida wa uso unaotokana na ukataji wa boriti ya leza unaweza kuanzia 125 hadi 250 inchi ndogo (0.003 mm hadi 0.006 mm).[11]
Mipangilio ya mashine
Laser ya kuruka ya godoro mbili
Flying optics laser kichwa
Kwa ujumla kuna usanidi tatu tofauti wa mashine za kukata laser za viwandani: nyenzo za kusonga, mseto, na mifumo ya macho ya kuruka.Hizi hurejelea njia ambayo boriti ya leza huhamishwa juu ya nyenzo za kukatwa au kusindika.Kwa haya yote, shoka za mwendo kwa kawaida huteuliwa mhimili wa X na Y.Ikiwa kichwa cha kukata kinaweza kudhibitiwa, kimeteuliwa kama mhimili wa Z.
Laser za nyenzo za kusonga zina kichwa cha kukata kilichosimama na kusonga nyenzo chini yake.Njia hii hutoa umbali wa mara kwa mara kutoka kwa jenereta ya laser hadi kwenye kiboreshaji cha kazi na hatua moja ya kuondoa maji taka ya kukata.Inahitaji optics chache, lakini inahitaji kusonga workpiece.Mashine ya mtindo huu huwa na optics chache za utoaji wa boriti, lakini pia huwa na polepole zaidi.
Leza mseto hutoa jedwali linalosogea katika mhimili mmoja (kawaida mhimili wa X) na kusogeza kichwa kwenye mhimili mfupi zaidi wa (Y).Hii husababisha urefu wa njia ya utoaji wa boriti usiobadilika zaidi kuliko mashine ya macho inayoruka na inaweza kuruhusu mfumo rahisi wa utoaji wa boriti.Hii inaweza kusababisha upotevu wa nishati katika mfumo wa uwasilishaji na uwezo zaidi kwa kila wati kuliko mashine za optics zinazoruka.
Leza za macho zinazoruka zina meza isiyosimama na kichwa cha kukata (yenye boriti ya leza) ambacho husogea juu ya sehemu ya kufanyia kazi katika vipimo vyote viwili vya mlalo.Wakataji wa macho ya kuruka huweka kiboreshaji cha kazi wakati wa usindikaji na mara nyingi hauitaji kubana kwa nyenzo.Misa ya kusonga ni mara kwa mara, hivyo mienendo haiathiriwa na ukubwa tofauti wa workpiece.Mashine ya kuruka macho ndiyo aina ya haraka zaidi, ambayo ni ya manufaa wakati wa kukata vifaa vyembamba zaidi.[17]
Mashine za macho zinazoruka lazima zitumie njia fulani kuzingatia urefu wa boriti unaobadilika kutoka eneo la karibu (karibu na resonator) ukataji hadi eneo la mbali (mbali na kukata resonator).Mbinu za kawaida za kudhibiti hili ni pamoja na mgongano, macho yanayobadilika au matumizi ya mhimili wa urefu wa boriti usiobadilika.
Mashine tano na sita za mhimili pia huruhusu kukata vipande vya kazi vilivyoundwa.Kwa kuongeza, kuna mbinu mbalimbali za kuelekeza boriti ya laser kwa kazi ya umbo, kudumisha umbali sahihi wa kuzingatia na kusimama kwa pua, nk.
Kusukuma
Laser za mapigo ambayo hutoa mlipuko wa nishati ya juu kwa muda mfupi ni nzuri sana katika michakato fulani ya kukata leza, haswa kwa kutoboa, au wakati mashimo madogo sana au kasi ya chini sana ya kukata inahitajika, kwani ikiwa boriti ya leza isiyobadilika ilitumiwa, joto linaweza kufikia hatua ya kuyeyusha kipande kizima kinachokatwa.
Leza nyingi za viwandani zina uwezo wa kusukuma au kukata CW (wimbi linaloendelea) chini ya udhibiti wa programu ya NC (udhibiti wa nambari).
Leza za mipigo maradufu hutumia mfululizo wa jozi za mipigo ili kuboresha kasi ya uondoaji wa nyenzo na ubora wa shimo.Kimsingi, mpigo wa kwanza huondoa nyenzo kutoka kwa uso na pili huzuia ejecta kuambatana na upande wa shimo au kukatwa.[18]
Muda wa kutuma: Juni-16-2022