Ro-ràdh gearradh laser

Is e teicneòlas a th ’ann an gearradh laser a bhios a’ cleachdadh leusair gus stuthan a ghluasad, agus mar thoradh air sin bidh gearradh ann.Ged a thathar ga chleachdadh gu h-àbhaisteach airson tagraidhean saothrachaidh tionnsgalach, tha e a-nis air a chleachdadh le sgoiltean, gnìomhachasan beaga, ailtireachd, agus luchd-cur-seachad.Bidh gearradh laser ag obair le bhith a’ stiùireadh toradh leusair àrd-chumhachd mar as trice tro optics.Thathas a’ cleachdadh na optics laser agus CNC (smachd àireamhach coimpiutair) gus an beam laser a stiùireadh chun stuth.Bidh leusair malairteach airson stuthan gearraidh a’ cleachdadh siostam smachd gluasad gus còd CNC no G den phàtran a tha ri ghearradh air an stuth a leantainn.Tha an giùlan laser cuimsichte air a stiùireadh chun stuth, a bhios an uairsin a 'leaghadh, a' losgadh, a 'falmhachadh air falbh, no air a sguabadh air falbh le jet gas, [1] a' fàgail oir le crìoch uachdar àrd-inbhe

Eachdraidh
Ann an 1965, chaidh a’ chiad inneal gearraidh leusair cinneasachaidh a chleachdadh gus tuill a dhrileadh ann am bàs daoimean.Chaidh an inneal seo a dhèanamh le Ionad Sgrùdaidh Innleadaireachd Western Electric.[3]Ann an 1967, thòisich na Breatannaich a' gearradh jet ocsaidean le taic laser airson mheatailtean.[4]Tràth anns na 1970n, chaidh an teicneòlas seo a chuir a-steach gu cinneasachadh gus titanium a ghearradh airson tagraidhean aerospace.Aig an aon àm chaidh leusairean CO2 atharrachadh gus neo-mheatailt a ghearradh, leithid aodach-fighte, oir, aig an àm, cha robh lasers CO2 cumhachdach gu leòr gus faighinn thairis air giùlan teirmeach mheatailtean.[5]

Pròiseas

Gearradh leusair gnìomhachais de stàilinn le stiùireadh gearraidh air a phrògramadh tro eadar-aghaidh CNC
Mar as trice bidh beam laser ag amas air lionsa àrd-inbhe air an raon obrach.Tha buaidh dhìreach aig càileachd an beam air meud an àite fòcas.Tha am pàirt as cumhainge den ghiùlan cuimsichte sa chumantas nas lugha na 0.0125 òirleach (0.32 mm) ann an trast-thomhas.A rèir tighead an stuth, tha leud kerf cho beag ri 0.004 òirleach (0.10 mm) comasach.[6]Gus an urrainn dhut tòiseachadh air gearradh bho àite eile a bharrachd air an oir, thèid pìos a dhèanamh ro gach gearradh.Mar as trice bidh tolladh a’ toirt a-steach beam laser pulsed àrd-chumhachd a bhios gu slaodach a’ dèanamh toll anns an stuth, a’ toirt timcheall air 5-15 diogan airson stàilinn gun staoin 0.5-òirleach-tiugh (13 mm), mar eisimpleir.

Bidh na ghathan co-shìnte de sholas soilleir bhon stòr laser gu tric a’ tuiteam anns an raon eadar 0.06-0.08 òirleach (1.5-2.0 mm) ann an trast-thomhas.Mar as trice bidh an giùlan seo air a chuimseachadh agus air a neartachadh le lionsa no sgàthan gu àite glè bheag de mu 0.001 òirleach (0.025 mm) gus beam laser fìor dhian a chruthachadh.Gus an crìochnachadh as rèidh a choileanadh aig àm gearradh contour, feumar stiùireadh polarachadh beam a thionndadh fhad ‘s a tha e a’ dol timcheall iomall pìos obrach contoured.Airson gearradh duilleag meatailt, mar as trice tha am fad fòcas 1.5–3 òirleach (38–76 mm).[7]

Tha buannachdan gearradh laser thairis air gearradh meacanaigeach a’ toirt a-steach cumail-obrach nas fhasa agus truailleadh nas lugha de phìos obrach (leis nach eil gearradh sam bith ann a dh’ fhaodadh a bhith air a thruailleadh leis an stuth no an stuth a thruailleadh).Is dòcha gum bi cruinneas nas fheàrr, leis nach bi an giùlan laser a ’caitheamh tron ​​​​phròiseas.Tha cothrom nas lugha ann cuideachd an stuth a thathar a' gearradh a bhlàthachadh, leis gu bheil raon beag aig siostaman leusair fo bhuaidh teas.[8]Tha cuid de stuthan cuideachd gu math duilich no do-dhèanta a ghearradh le dòighean nas traidiseanta.

Tha buannachdan aig gearradh laser airson meatailtean seach gearradh plasma le bhith nas mionaidiche[9] agus a bhith a’ cleachdadh nas lugha de lùth nuair a thathar a’ gearradh duilleag meatailt;ge-tà, chan urrainn don mhòr-chuid de leusairean gnìomhachais gearradh tron ​​​​tighead meatailt as motha as urrainn plasma.Tha innealan laser nas ùire ag obair aig cumhachd nas àirde (6000 watt, an taca ri ìrean 1500 watt innealan gearraidh laser tràth) a ’tighinn faisg air innealan plasma nan comas gearradh tro stuthan tiugh, ach tha cosgais calpa nan innealan sin mòran nas àirde na cosgais plasma innealan gearraidh a tha comasach air stuthan tiugh mar truinnsear stàilinn a ghearradh.[10]

Seòrsaichean

Gearradair laser 4000 watt CO2
Tha trì prìomh sheòrsaichean de leusairean air an cleachdadh ann an gearradh laser.Tha an leusair CO2 freagarrach airson gearradh, tolladh agus gràbhaladh.Tha na leusairean neodymium (Nd) agus neodymium yttrium-aluminium-garnet (Nd: YAG) co-ionann ann an stoidhle agus eadar-dhealaichte a-mhàin ann an cleachdadh.Tha Nd air a chleachdadh airson tolladh agus far a bheil feum air lùth àrd ach ath-aithris ìosal.Tha an leusair Nd:YAG air a chleachdadh far a bheil feum air cumhachd fìor àrd agus airson dòrainn agus gràbhaladh.Faodar an dà leusair CO2 agus Nd/Nd:YAG a chleachdadh airson tàthadh.[11]

Bidh lasers CO2 mar as trice air am “pumpadh” le bhith a’ dol seachad air sruth tron ​​​​mheasgachadh gas (DC-excited) no a’ cleachdadh lùth tricead rèidio (RF-excited).Tha an dòigh RF nas ùire agus tha e air fàs nas mòr-chòrdte.Leis gu bheil feum aig dealbhadh DC air dealanan taobh a-staigh a’ chuan, faodaidh iad tighinn tarsainn air bleith electrod agus plating stuth electrode air bathar glainne agus optics.Leis gu bheil dealanan taobh a-muigh aig resonators RF chan eil iad buailteach do na duilgheadasan sin.Bithear a’ cleachdadh leusairean CO2 airson mòran stuthan a ghearradh gu tionnsgalach a’ toirt a-steach titanium, stàilinn gun staoin, stàilinn tlàth, alùmanum, plastaig, fiodh, fiodh innleadaichte, cèir, aodach, agus pàipear.Bithear a’ cleachdadh leusairean YAG gu sònraichte airson a bhith a’ gearradh agus a’ sgrìobhadh mheatailtean agus ceirmeag.[12]

A bharrachd air an stòr cumhachd, faodaidh an seòrsa sruthadh gas buaidh a thoirt air coileanadh cuideachd.Tha caochlaidhean cumanta de lasers CO2 a’ toirt a-steach sruthadh aiseach luath, sruthadh aiseach slaodach, sruthadh transverse, agus leac.Ann an resonator sruthadh axial luath, tha am measgachadh de charbon dà-ogsaid, helium agus nitrigin air a chuairteachadh aig astar àrd le roth-uidheam no sèideadh.Bidh lasers sruthadh transverse a’ cuairteachadh a ’mheasgachaidh gas aig astar nas ìsle, a’ feumachdainn sèideadh nas sìmplidh.Tha raon gas statach aig resonators fuarachadh leac no sgaoilidh nach eil feumach air cuideam no bathar glainne, a’ leantainn gu sàbhalaidhean air roth-uidheaman ùra agus bathar glainne.

Feumaidh an gineadair laser agus optics taobh a-muigh (a’ toirt a-steach an lionsa fòcas) fuarachadh.A rèir meud agus rèiteachadh an t-siostaim, faodar teas sgudail a ghluasad le inneal-fuarachaidh no gu dìreach gu èadhar.Tha uisge na fhuaradair air a chleachdadh gu cumanta, mar as trice air a chuairteachadh tro fhuaradair no siostam gluasad teas.

Is e leusair treòraichte le jet uisge a th’ ann am microjet laser anns a bheil beam laser pulsed air a cheangal ri jet uisge le cuideam ìosal.Tha seo air a chleachdadh gus gnìomhan gearradh laser a dhèanamh fhad ‘s a bhios tu a’ cleachdadh an jet uisge gus an giùlan laser, coltach ri snàithleach optigeach, a stiùireadh tro mheòrachadh iomlan a-staigh.Is e na buannachdan a tha an lùib seo gu bheil an t-uisge cuideachd a’ toirt air falbh sprùilleach agus a’ fuarachadh an stuth.Is e buannachdan a bharrachd thairis air gearradh laser “tioram” traidiseanta astaran dìsneachaidh àrd, kerf co-shìnte, agus gearradh omnidirectional.[13]

Is e seòrsa de leusair stàite cruaidh a th ’ann an lasers fiber a tha a’ fàs gu luath taobh a-staigh gnìomhachas gearradh meatailt.Eu-coltach ri CO2, bidh teicneòlas fiber a’ cleachdadh meadhan buannachd chruaidh, an taca ri gas no leaghan.Bidh an “leusair sìol” a’ toirt a-mach an beam laser agus an uairsin air a mheudachadh taobh a-staigh snàithleach glainne.Le tonn-tonn de dìreach 1064 nanometers bidh leusairean snàithleach a’ toirt a-mach meud spot gu math beag (suas ri 100 uair nas lugha an taca ris an CO2) ga dhèanamh air leth freagarrach airson stuth meatailt meòrachail a ghearradh.Is e seo aon de na prìomh bhuannachdan a tha aig Fiber an taca ri CO2.[14]

Tha buannachdan gearradair laser fiber a’ toirt a-steach: -

Amannan giollachd luath.
Lùghdachadh caitheamh lùtha & bilean - mar thoradh air barrachd èifeachdais.
Barrachd earbsachd agus coileanadh - gun optics airson atharrachadh no co-thaobhadh agus chan eil lampaichean ri chur nan àite.
Cumail suas as ìsle.
Comas stuthan fìor mheòrachail a làimhseachadh leithid copar agus umha
Cinneasachd nas àirde - tha cosgaisean obrachaidh nas ìsle a' toirt toradh nas motha air do thasgadh.[15]

Dòighean-obrach
Tha mòran dhòighean eadar-dhealaichte ann a bhith a’ gearradh le lasers, le diofar sheòrsaichean gan cleachdadh airson diofar stuthan a ghearradh.Is e cuid de na dòighean vaporization, leaghadh agus sèideadh, sèideadh leaghaidh agus losgadh, sgàineadh cuideam teirmeach, sgrìobhadh, gearradh fuar agus losgadh gearradh laser seasmhach.

Gearradh vaporization
Ann an vaporization gearradh bidh an giùlan cuimseach a’ teasachadh uachdar an stuth gu puing flash agus a ’gineadh toll-iuchrach.Bidh an toll-iuchrach a 'leantainn gu àrdachadh gu h-obann ann an neo-làthaireachd gu luath a' doimhneachadh an toll.Mar a bhios an toll a’ doimhneachadh agus an stuth a’ goil, bidh ceò a’ bleith na ballachan leaghte a’ sèideadh a-mach agus a’ leudachadh an toll.Mar as trice bidh stuthan nach eil a’ leaghadh leithid fiodh, gualain agus plastaic thermoset air an gearradh leis an dòigh seo.
Leaghadh agus sèideadh
Bidh gearradh leaghaidh is sèididh no fusion a’ cleachdadh gas le bruthadh àrd gus stuth leaghte a shèideadh bhon raon gearraidh, a’ lughdachadh gu mòr an riatanas cumhachd.An toiseach tha an stuth air a theasachadh gu ìre leaghaidh agus an uairsin bidh jet gas a’ sèideadh an stuth leaghte a-mach às an kerf a ’seachnadh an fheum air teòthachd an stuth àrdachadh tuilleadh.Mar as trice bidh stuthan air an gearradh leis a 'phròiseas seo meatailtean.

Sgàineadh cuideam teirmeach
Tha stuthan brisg gu sònraichte mothachail air briseadh teirmeach, feart air a chleachdadh ann an sgàineadh cuideam teirmeach.Tha beam ag amas air an uachdar ag adhbhrachadh teasachadh ionadail agus leudachadh teirmeach.Bidh seo a 'ciallachadh sgàineadh a dh' fhaodar an uairsin a stiùireadh le bhith a 'gluasad an t-seam.Faodar an sgàineadh a ghluasad ann an òrdugh m/s.Tha e mar as trice air a chleachdadh ann an glainne a ghearradh.

Dìneadh stealth de wafers silicon
Tuilleadh fiosrachaidh: Wafer dicing
Faodar sgaradh chips microelectronic mar a chaidh ullachadh ann an saothrachadh inneal semiconductor bho wafers silicon a dhèanamh leis a ’phròiseas dìsneachaidh stealth ris an canar, a bhios ag obair le leusair pulsed Nd:YAG, agus tha an tonn-tonn dheth (1064 nm) air atharrachadh gu math ris an dealanach. beàrn bann de silicon (1.11 eV no 1117 nm).

Gearradh ath-ghnìomhach
Canar cuideachd “gearradh gas laser seasmhach a losgadh”, “gearradh lasrach”.Tha gearradh reactive coltach ri gearradh lòchran ocsaidean ach le beam laser mar an stòr lasachaidh.Air a chleachdadh sa mhòr-chuid airson stàilinn gualain a ghearradh ann an tiugh thairis air 1 mm.Faodar am pròiseas seo a chleachdadh airson truinnsearan stàilinn fìor thiugh a ghearradh le glè bheag de chumhachd laser.

Tolerances agus crìochnachadh uachdar
Tha cruinneas suidheachaidh de 10 micrometers aig luchd-gearraidh laser agus comas ath-aithris de 5 micrometers.[luaidh a dhìth]

Bidh garbh àbhaisteach Rz ag àrdachadh le tiugh na duilleige, ach a’ lughdachadh le cumhachd laser agus astar gearraidh.Nuair a bhios tu a’ gearradh stàilinn gualain ìosal le cumhachd laser de 800 W, is e roughness àbhaisteach Rz 10 μm airson tiugh duilleag de 1 mm, 20 μm airson 3 mm, agus 25 μm airson 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}}}}
Càite: {\displaystyle S=}S= tiugh duilleag stàilinn ann am mm;{\displaystyle P=}P= cumhachd leusair ann an kW (tha cumhachd leusair 4 kW aig cuid de luchd-gearraidh laser ùra);{\displaystyle V=}V= astar gearraidh ann am meatairean sa mhionaid.[16]

Tha am pròiseas seo comasach air fulangas gu math dlùth a chumail, gu tric taobh a-staigh 0.001 òirleach (0.025 mm).Tha mòran aig geoimeatraidh pàirt agus fuaim meacanaigeach an inneil ri comasan fulangas.Faodaidh an crìochnachadh uachdar àbhaisteach mar thoradh air gearradh leusair a bhith eadar 125 agus 250 meanbh-òirleach (0.003 mm gu 0.006 mm).[11]

Innealan rèiteachaidh

Leusair optics itealaich dà-pallet

Ceann laser optics itealaich
Mar as trice tha trì rèiteachaidhean eadar-dhealaichte ann de dh’ innealan gearraidh laser gnìomhachais: stuthan gluasad, tar-chinealach, agus siostaman optics itealaich.Tha iad sin a 'toirt iomradh air an dòigh anns a bheil an giùlan laser air a ghluasad thairis air an stuth a thèid a ghearradh no a phròiseasadh.Airson seo uile, tha na tuaghan gluasad mar as trice air an comharrachadh le axis X agus Y.Ma dh 'fhaodadh smachd a bhith air a' cheann gearraidh, tha e air a chomharrachadh mar an Z-axis.

Tha ceann gearraidh pàipearachd aig lasers stuthan gluasadach agus gluais an stuth fodha.Tha an dòigh seo a’ toirt seachad astar cunbhalach bhon ghineadair laser chun phìos obrach agus aon phuing às an tèid eilteach gearraidh a thoirt air falbh.Feumaidh e nas lugha de optics, ach feumaidh e am pìos obrach a ghluasad.Tha an inneal stoidhle seo buailteach a bhith aig an ìre as lugha de optics lìbhrigidh beam, ach tha e cuideachd buailteach a bhith mar an fheadhainn as slaodaiche.

Bidh lasers tar-chinealach a’ toirt seachad clàr a ghluaiseas ann an aon axis (an X-axis mar as trice) agus a ghluaiseas an ceann air an axis as giorra (Y).Bidh seo a’ leantainn gu slighe lìbhrigidh beam nas seasmhaiche na inneal optic itealaich agus dh’ fhaodadh e siostam lìbhrigidh beam nas sìmplidh a cheadachadh.Faodaidh seo leantainn gu call cumhachd nas lugha san t-siostam lìbhrigidh agus barrachd comas gach watt na innealan optics itealaich.

Bidh leusairean fly optics a’ nochdadh clàr pàipearachd agus ceann gearraidh (le beam laser) a ghluaiseas thairis air a’ phìos obrach anns an dà mheud chòmhnard.Bidh luchd-gearraidh optics itealaich a’ cumail a’ phìos-obrach gun stad aig àm giullachd agus gu tric chan fheum iad clampadh stuthan.Tha an tomad gluasadach seasmhach, agus mar sin chan eil diofar mheudan den obair-obrach a’ toirt buaidh air daineamaigs.Is e innealan optics itealaich an seòrsa as luaithe, a tha buannachdail nuair a thathar a’ gearradh pìosan obrach nas taine.[17]

Feumaidh innealan itealaich optic dòigh air choireigin a chleachdadh gus aire a thoirt don fhad beam a tha ag atharrachadh bho ghearradh faisg air achadh (faisg air resonator) gu gearradh achadh fada (fada air falbh bho resonator).Tha dòighean cumanta airson smachd a chumail air seo a’ toirt a-steach bualadh, optics atharrachail no cleachdadh axis fad beam seasmhach.

Bidh innealan còig is sia-axis cuideachd a’ ceadachadh pìosan obrach cruthaichte a ghearradh.A bharrachd air an sin, tha diofar dhòighean ann airson an giùlan laser a stiùireadh gu pìos obrach cumadh, a ’cumail astar fòcas ceart agus seasamh nozzle, msaa.

A' bruthadh
Tha lasers pulsed a bheir seachad spionnadh lùth àrd airson ùine ghoirid gu math èifeachdach ann an cuid de phròiseasan gearradh laser, gu sònraichte airson tolladh, no nuair a tha feum air tuill glè bheag no astaran gearraidh glè ìosal, oir nan deidheadh ​​​​beam laser seasmhach a chleachdadh, dh'fhaodadh an teas ruighinn gu ìre leaghaidh am pìos gu lèir ga ghearradh.

Tha comas aig a’ mhòr-chuid de leusairean gnìomhachais CW (tonn leantainneach) a bhualadh no a ghearradh fo smachd prògram NC (smachd àireamhach).

Bidh lasers buille dùbailte a’ cleachdadh sreath de chàraidean cuisle gus ìre toirt air falbh stuthan agus càileachd tuill a leasachadh.Gu bunaiteach, tha a’ chiad bhuille a’ toirt stuth bhon uachdar air falbh agus tha an dàrna fear a’ cur casg air an ejecta bho bhith a’ cumail ri taobh an tuill no an gearradh.[18]