Параметры процесса обработки лазерным лучом CO2

В последние десятилетия лазеры стали широко используемым инструментом обработки. Его роль в качестве производственного инструмента становится все более популярной как в традиционных приложениях, таких как лазерная резка, лазерная сварка или лазерная маркировка, так и в более сложных, таких как лазерное удаление краски, лазерная обработка поверхности или лазерная микроперфорация.

Параметры процесса обработки лазерным лучом CO2

Успех этого инструмента объясняется преимуществами, которые он предлагает с точки зрения гибкости процесса. Один и тот же лазерный станок может использоваться для выполнения различных процессов, таких как резка и маркировка различных материалов, таких как пластик и дерево, даже в рамках одного рабочего цикла.

В целом механизм работы лазера очень прост. Лазер — это источник света, способный концентрировать очень высокую плотность энергии, настолько большую, что его можно использовать в качестве источника тепла. На практике же на взаимодействие между лазером и материалом влияют многочисленные факторы, которые делают его очень сложным.

Концептуально для резки, сверления, гравировки и маркировки используется один и тот же механизм обработки: энергия лазера используется для создания химических и физических преобразований в материале. Эти преобразования могут варьироваться от простого окрашивания материала, как в случае с лазерной маркировкой , до полного удаления материала путем сублимации, как в случае с лазерной резкой . Чтобы переключиться с одного процесса на другой, достаточно изменить параметры лазера с помощью соответствующего управляющего программного обеспечения.

По этой причине каждое приложение должно быть изучено в соответствии с характеристиками лазера и процессами.

В этой статье мы проанализируем основные параметры, влияющие на лазерную обработку, с особым вниманием к CO 2 -лазеру. А если вам нужны услуги по лазерной резке или гравировке, то советует компанию 3D Print SPB, сайт: https://3dprintspb.com/ .

Параметры, связанные с лазером

В отличие от традиционных производственных инструментов, лазерная технология имеет широкий спектр вариантов конфигурации. Каждый параметр влияет на конечный результат процесса и поэтому должен быть настроен соответствующим образом в соответствии с желаемым результатом для материала. Следует обратить внимание на следующие параметры лазера:

  • мощность лазерного источника,
  • пространственный режим пучка,
  • временная мода пучка,
  • длина волны лазера,
  • поляризация луча.

Мощность лазерного источника

Мощность лазерного источника — очень важный параметр. Он регулирует скорость обработки лазером и глубину гравировки. Чем мощнее лазер, тем больше обрабатывается материала за тот же промежуток времени. Кроме того, чем мощнее лазер, тем толще может быть материал, который он может разрезать, хотя, как мы увидим далее, этот параметр частично зависит от характеристик материала.

Если вы используете маломощный лазер, возможно, будет невозможно резать материал из стороны в сторону. С другой стороны, лазер с большей мощностью, чем тот, который необходим для выполнения определенного процесса, может прорезать материал с риском получения более низкого качества реза с обожженными и неровными краями из-за шлака, образующегося при чрезмерная мощность лазера.

Как правило, мощность лазерного источника должна выбираться с избытком, чтобы можно было снизить мощность до получения желаемого результата.

Пространственная мода лазерного луча

Этот параметр определяет профиль поперечного сечения лазерного луча. Лазерный луч может иметь несколько режимов, т.е. иметь разные профили.

Наиболее часто используемый режим при лазерной резке – это гауссов режим, поскольку он позволяет получить максимальную плотность энергии, то есть луч концентрируется в точке очень малого диаметра.

Таким образом, можно получить вырезы и гравировки с очень маленькими размерами, с высокими скоростями обработки и возможностью резки большей толщины.

С другой стороны, другие пространственные режимы позволяют фокусировать луч на большей площади поверхности, тем самым достигая более низких плотностей энергии.

Временной режим лазерного луча

Лазеры могут использоваться в двух режимах: непрерывном или импульсном. Режим непрерывной волны является наиболее широко используемым (в основном в массовом производстве) и позволяет резать очень гладкие резы и резать более толстые материалы. Импульсный режим используется для более точной работы, часто с маломощным лазером.

Длина волны

То, как различные материалы поглощают лазерное излучение, зависит от их длины волны. В то время как некоторые материалы очень хорошо поглощают длину волны CO2 -лазера, для других требуются другие длины волн и, следовательно, другие типы лазеров.

Например, алюминий и медь очень мало поглощают длину волны CO 2 -лазера и требуют очень большой мощности для резки, что снижает эффективность производства. С другой стороны, неметаллические материалы, такие как дерево и синтетические материалы, такие как полимерные пластмассы, отлично поглощают излучение CO 2 -лазера. Такие металлы, как низкоуглеродистая и нержавеющая сталь, также можно резать с помощью CO2 -лазера с отличными результатами.

Поляризация

Поляризация означает способность лазерного луча излучать только в одном направлении. Это свойство отличает лазер от неполяризованных источников света, которые излучают во всех направлениях.

Этот параметр важен постольку, поскольку он влияет на определенные характеристики реза. Когда направление резки и поляризация имеют одинаковую ориентацию, получаются очень тонкие разрезы с острыми краями и вертикальные разрезы. Когда направление резания противоположно направлению поляризации, поглощение энергии материалом снижается, что приводит к снижению скорости обработки и более широкому резу с шероховатыми неровными краями.

Характеристики материала

При настройке лазерной системы необходимо учитывать характеристики материала. Не все материалы можно использовать для лазерной резки. Некоторые не поглощают волны определенных длин; другие дают неудовлетворительные результаты при воздействии лазерного луча.

Термические свойства и отражательная способность – это параметры материала, которые необходимо учитывать.

Тепловые свойства

С точки зрения обрабатываемости лазером материалы можно разделить на две категории: металлы и неметаллы. Эти две группы по-разному реагируют на лазерное излучение и поэтому обладают разной технологичностью.

Металлы обладают высокой теплопроводностью, более высокой температурой плавления и высокой оптической отражательной способностью. По этой причине лазерная обработка в большинстве случаев очень неэффективна.

Неметаллы, с другой стороны, очень хорошо поглощают лазерное излучение, особенно излучение CO2-лазера, и поэтому их можно очень эффективно обрабатывать. Все, что требуется – это небольшая концентрация лазерной энергии, чтобы инициировать преобразования материала, в результате которых выполняется обработка.

Отражательная способность

Это свойство особенно актуально для металлов. Хотя в целом можно сказать, что все металлы обладают высокой степенью отражения, это не фиксированный параметр. Отражательная способность металла может изменяться по мере изменения физических свойств металла. Например, коэффициент отражения уменьшается при нагревании металла или при использовании более коротких длин волн.

Отражательная способность металла может быть ограничена применением неотражающей пленки, нанесенной на поверхность материала.

Поляризация луча также влияет на отражательную способность материала.

Характеристики процесса

Процесс лазерной обработки может осуществляться разными способами и с использованием разных технологий. На конечный результат влияют следующие особенности процесса обработки:

  • скорость перемещения луча,
  • вспомогательный газ,
  • форма сопла,
  • дистанция противостояния,
  • положение фокальной плоскости и фокусное расстояние.

Скорость движения луча

Скорость перемещения балки имеет решающее значение для определения окончательного результата обработки. Чем толще материал, тем медленнее лазер должен двигаться, потому что, если он будет слишком быстрым, он не сможет проникнуть в материал.

В некоторых случаях этот принцип может использоваться для цели, например, для лазерной маркировки и гравировки.

С другой стороны, если лазер работает слишком медленно, материал становится слишком горячим, что увеличивает нагрев в зоне воздействия, что может привести к обугливанию и повреждению материала.

Правильная скорость – это та, которая позволяет достичь наилучшего качества и желаемого результата с максимальной эффективностью.

Газовая помощь

В некоторых процессах резки лазерное излучение может сопровождаться струей газа. Этот метод позволяет повысить эффективность, скорость или качество обработки.

Некоторые из наиболее часто используемых газов — кислород, используемый для резки низкоуглеродистой стали, азот — для резки никелевых сплавов. Также используются гелий, аргон и другие инертные газы, и простой сжатый воздух.

Форма сопла

Сопло — это устройство, через которое лазерный луч попадает на обрабатываемую поверхность. Его конфигурация влияет на определение характеристик резки, таких как форма, размер и кромки.

Расстояние отрыва

Этот параметр определяется расстоянием между соплом и обрабатываемой поверхностью. Расстояние распыления влияет на поток газа. Слишком большое расстояние может вызвать турбулентность, которая приведет к неровностям резки. Если, с другой стороны, сопло расположено слишком близко к рабочей поверхности, брызги расплавленного материала могут повредить фокусирующую линзу лазера.

Положение фокальной плоскости e и фокусное расстояние

Лазер должен быть постоянно сфокусирован на рабочей поверхности. Поэтому точка фокусировки всегда должна находиться на обрабатываемой поверхности, чтобы добиться максимальной плотности энергии и точности. Управление этим параметром важно для получения хорошего качества и однородной обработки на всем пути прохождения лазера.

Каждая конфигурация лазера индивидуальна

Таким образом, очевидно, что стандартизировать лазерные приложения невозможно. Обрабатываемые материалы, характеристики процесса и технические характеристики лазерной системы определяют тип конфигурации, которую следует использовать.

Беликова Ирина

Учитель физики, информатики и вычислительной техники. Победитель конкурса лучших учителей Российской Федерации в рамках Приоритетного Национального Проекта "Образование".

Оцените автора
Добавить комментарий

Вставить формулу как
Блок
Строка
Дополнительные настройки
Цвет формулы
Цвет текста
#333333
Используйте LaTeX для набора формулы
Предпросмотр
\({}\)
Формула не набрана
Вставить
Adblock
detector