מכיוון שאין עלות עיבוד כלי, ציוד חיתוך בלייזר מתאים גם לייצור קבוצות קטנות של חלקים בגדלים שונים שלא ניתן היה לעבד קודם לכן. ציוד חיתוך בלייזר משתמש בדרך כלל בהתקני בקרה מספרית ממוחשבת (CNC). לאחר השימוש במכשיר זה, תוכל להשתמש בקווי טלפון כדי לקבל נתוני חיתוך מתחנות עבודה בתכנון בעזרת מחשב (CAD).
עִקָרוֹן
חיתוך לייזר משתמש בקרן לייזר ממוקדת בצפיפות הספק גבוהה כדי להקרין את חומר העבודה, מה שגורם לחומר המוקרן להימס במהירות, להתאדות, להתפוגג או להגיע לנקודת ההצתה, ובמקביל, החומר המותך מפוצץ במהירות גבוהה זרימת אוויר קואקסית עם הקורה, ובכך להשיג חיתוך של חומר העבודה. חיתוך בלייזר הוא אחת משיטות החיתוך התרמי.
העיקרון של חיתוך לייזר מוצג באיור למטה.
מִיוּן
ניתן לחלק את חיתוך הלייזר לארבע קטגוריות: חיתוך אידוי בלייזר, חיתוך המסת לייזר, חיתוך חמצן בלייזר, וכרטוט בלייזר ושבר מבוקר.
1. חיתוך אידוי בלייזר
חומר העבודה מחומם באמצעות קרן לייזר בצפיפות אנרגיה גבוהה, הגורם לטמפרטורה לעלות במהירות, להגיע לנקודת הרתיחה של החומר תוך זמן קצר מאוד, והחומר מתחיל להתאדות וליצור אדים. האדים נפלטים במהירות גבוהה, ונוצר חתך על החומר בזמן שהאדים נפלט. חום האידוי של חומרים הוא בדרך כלל גדול מאוד, ולכן חיתוך אידוי בלייזר דורש הרבה כוח וצפיפות הספק.
חיתוך אידוי בלייזר משמש בעיקר לחיתוך חומרי מתכת דקים במיוחד וחומרים לא מתכתיים (כגון נייר, בד, עץ, פלסטיק וגומי וכו').
2. חיתוך המסת לייזר
בחיתוך היתוך בלייזר, נעשה שימוש בחימום בלייזר להמסת חומר המתכת, ולאחר מכן ריסוס גז לא מחמצן (Ar, He, N וכו') דרך זרבובית קואקסיאלית עם הקרן. המתכת הנוזלית יוצאת בלחץ החזק של הגז ליצירת חתך. חיתוך המסת לייזר אינו מצריך אידוי מוחלט של המתכת, והאנרגיה הנדרשת היא רק 1/10 מחיתוך אידוי.
חיתוך היתוך בלייזר משמש בעיקר לחיתוך חלק מהחומרים שאינם קלים לחמצון או מתכות פעילות, כגון נירוסטה, טיטניום, אלומיניום וסגסוגותיו.
3. חיתוך חמצן בלייזר
העיקרון של חיתוך חמצן בלייזר דומה לחיתוך אוקסיאצטילן. הוא משתמש בלייזר כמקור חום לחימום מוקדם ובגזים פעילים כגון חמצן כגז חיתוך. מצד אחד, הגז המותז מגיב עם המתכת החותכת כדי לייצר תגובת חמצון ולשחרר כמות גדולה של חום חמצון; מצד שני, התחמוצת המותכת וההמסה מפוצצים מאזור התגובה כדי ליצור חתך במתכת. מאחר שתגובת החמצון במהלך תהליך החיתוך מייצרת חום רב, האנרגיה הנדרשת לחיתוך חמצן בלייזר היא רק 1/2 מזו לחיתוך היתוך, ומהירות החיתוך גדולה בהרבה מזו של חיתוך אידוי בלייזר וחיתוך התכה. חיתוך חמצן בלייזר משמש בעיקר לחומרי מתכת המחמצנים בקלות כגון פלדת פחמן, פלדת טיטניום ופלדה מטופלת בחום.
4. שרבוט בלייזר ושבר מבוקר
שרבוט בלייזר משתמש בלייזר בעל צפיפות אנרגיה גבוהה כדי לסרוק את פני השטח של חומר שביר, מה שגורם לחומר להתאדות חריץ קטן בעת חימום, ולאחר מכן מופעל לחץ מסוים, כך שהחומר השביר יסדק לאורך החריץ הקטן. הלייזרים המשמשים לכתיבת לייזר הם בדרך כלל לייזרים עם Q-switch ולייזרי CO2.
שבר מבוקר משתמש בחלוקת הטמפרטורה התלולה שנוצרת על ידי חריצים בלייזר כדי ליצור מתח תרמי מקומי בחומר השביר, מה שגורם לחומר להישבר לאורך החריץ הקטן.
מאפיינים
בהשוואה לשיטות חיתוך תרמי אחרות, המאפיינים הכוללים של חיתוך לייזר הם מהירות חיתוך מהירה ואיכות גבוהה. ניתן לסכם זאת כך.
⑴ איכות חיתוך טובה
בשל נקודת הלייזר הקטנה, צפיפות האנרגיה הגבוהה ומהירות החיתוך המהירה, חיתוך לייזר יכול להשיג איכות חיתוך טובה יותר.
① חתך חיתוך הלייזר צר, שני הצדדים של החריץ מקבילים ומאונכים לפני השטח, ודיוק הממדים של החלקים החתוכים יכול להגיע ל-±0.05 מ"מ.
② משטח החתך חלק ויפה, עם חספוס פני השטח של עשרות מיקרונים בלבד. ניתן להשתמש בחיתוך בלייזר אפילו כתהליך אחרון ללא עיבוד מכני, וניתן להשתמש בחלקים ישירות.
③ לאחר חיתוך החומר בלייזר, רוחב האזור המושפע בחום קטן מאוד, ביצועי החומר ליד החריץ כמעט ואינם מושפעים, ועיוות חומר העבודה קטן, דיוק החיתוך גבוה, הגיאומטריה של החריץ הוא טוב, וצורת החתך של החריץ מציגה צורה מלבנית קבועה יחסית. ההשוואה בין שיטות חיתוך לייזר, חיתוך אוקסיאצטילן וחיתוך פלזמה מוצגת בטבלה 1. חומר החיתוך הוא לוח פלדה דל פחמן בעובי 6.2 מ"מ.
⑵ יעילות חיתוך גבוהה בשל מאפייני השידור של הלייזר, מכונת חיתוך הלייזר מצוידת בדרך כלל במספר ספסלי עבודה CNC, וכל תהליך החיתוך יכול להיות בשליטה מלאה ב-CNC. במהלך הפעולה, אתה רק צריך לשנות את תוכנית CNC כדי ליישם חיתוך של חלקים של צורות שונות, אשר יכול לבצע חיתוך דו מימדי וגם חיתוך תלת מימדי.
⑶ מהירות חיתוך מהירה
בעת חיתוך צלחת פלדה דלת פחמן בעובי של 2 מ"מ בלייזר 1200W, מהירות החיתוך יכולה להגיע ל-600 ס"מ לדקה; בעת חיתוך צלחת שרף פוליפרופילן בעובי 5 מ"מ, מהירות החיתוך יכולה להגיע ל-1200 ס"מ לדקה. אין צורך להדק ולקבע את החומר במהלך חיתוך לייזר, מה שיכול לחסוך הן בכלי עבודה ומתקנים וזמן עזר לטעינה ופריקה.
⑷ חיתוך ללא מגע
במהלך חיתוך לייזר, לפיד החיתוך אינו נוגע בחומר העבודה, ואין בלאי של הכלי. כדי לעבד חלקים בצורות שונות, אין צורך להחליף את ה"כלי", יש לשנות רק את פרמטרי הפלט של הלייזר. לתהליך חיתוך הלייזר יש רעש נמוך, רטט נמוך וללא זיהום.
⑸ סוגים רבים של חומרי חיתוך
בהשוואה לחיתוך אוקסיאצטילן וחיתוך פלזמה, חומרי חיתוך בלייזר הם מסוגים רבים, כולל מתכות, לא-מתכות, חומרים מרוכבים על בסיס מתכת ולא על בסיס מתכת, עור, עץ וסיבים. עם זאת, עבור חומרים שונים, בשל המאפיינים התרמו-פיזיים שלהם ושיעורי ספיגה שונים של לייזרים, הם מראים יכולת הסתגלות שונה לחיתוך לייזר. באמצעות לייזר CO2, ביצועי חיתוך הלייזר של חומרים שונים מוצגים בטבלה 2.
(6) חסרונות: בשל מגבלות כוח הלייזר וגודל הציוד, חיתוך לייזר יכול לחתוך רק לוחות וצינורות בעובי בינוני וקטן, וככל שעובי חומר העבודה גדל, מהירות החיתוך יורדת באופן משמעותי.
