Lasere blev først brugt til at skære tilbage i 1970'erne. I moderne industriel produktion bruges laserskæring i vid udstrækning til forarbejdning af metalplader, plast, glas, keramik, halvledere, tekstiler, træ og papir.
I de næste par år vil anvendelsen af laserskæring inden for præcisionsbearbejdning og mikrobearbejdning også opnå betydelig vækst.
laserskæring
Når en fokuseret laserstråle skinner på et emne, opvarmes det bestrålede område dramatisk for at smelte eller fordampe materialet. Så snart laserstrålen trænger ind i emnet, begynder skæreprocessen: Laserstrålen bevæger sig langs konturen, mens materialet smelter. En luftstråle bruges normalt til at blæse smelten væk fra snittet, hvilket efterlader et smalt mellemrum mellem den afskårne del og pladeholderen, næsten lige så bred som den fokuserede laserstråle.
Flammeskæring
Iltskæring er en standardproces til skæring af blødt stål med ilt som skæregas. Ilt under tryk på op til 6 bar blæses ind i snittet. Der reagerer det opvarmede metal med ilt: forbrænding og oxidation begynder. Den kemiske reaktion frigiver en stor mængde energi (op til fem gange laserens effekt) for at hjælpe laserstrålen med at skære.
billede
Figur 1 Laserstrålen smelter emnet, og skæregassen blæser det smeltede materiale og slaggen væk i snittet
Smelteskæring
Fusionsskæring er en anden standardproces, der bruges ved skæring af metal. Kan også bruges til at skære andre smeltelige materialer såsom keramik.
Nitrogen eller argon bruges som skæregas, og gassen med et tryk på 2-20 bar blæses gennem snittet. Argon og nitrogen er inerte gasser, hvilket betyder, at de ikke reagerer med det smeltede metal i snittet, blot blæser det væk mod bunden. Samtidig kan den inaktive gas beskytte skærkanten mod at blive oxideret af luft.
trykluftskæring
Trykluft kan også bruges til at skære tynde plader. Luft under tryk til 5-6 bar er tilstrækkeligt til at blæse smeltet metal ud af snittet. Da luft er næsten 80 procent nitrogen, er trykluftskæring dybest set fusionsskæring.
plasma assisteret skæring
Hvis parametrene er valgt rigtigt, vil en plasmasky dukke op i den plasma-assisterede smelteskæreskær. Plasmaskyen består af ioniseret metaldamp og ioniseret skæregas. Plasmaskyen absorberer CO2-laserens energi og overfører den til emnet, så der kobles mere energi til emnet, og materialet smelter hurtigere, hvilket giver en hurtigere skærehastighed. Derfor kaldes denne skæreproces også højhastigheds plasmaskæring.
Plasmaskyer er praktisk talt gennemsigtige for faststoflasere, så kun CO2-lasere kan bruges til plasma-assisteret smelteskæring.
billede
forgasningsskæring
Forgasningsskæring fordamper materialet, hvilket minimerer den termiske effekt på omgivende materialer. Dette kan opnås ved at fordampe lavvarme, højabsorberende materialer såsom tynde plastfilm samt ikke-smeltende materialer såsom træ, papir, skum osv. ved hjælp af kontinuerlig CO2-laserbehandling.
Ultrakorte pulslasere gør det muligt at anvende denne teknik på andre materialer. Frie elektroner i metallet absorberer laserlyset og opvarmes voldsomt. Laserimpulserne reagerer ikke med de smeltede partikler og plasma, og materialet sublimeres direkte, hvilket ikke giver tid til at overføre energi i form af varme til omgivende materialer. Picosecond-impulser fjerner materiale uden væsentlige termiske effekter, smeltning og gratdannelse.
billede
Figur 3 Forgasningsskæring: Laseren fordamper og brænder materialet. Dampens tryk gør, at slaggen løber ud fra snittet
Parametre: Justering af bearbejdningsprocessen
Mange parametre påvirker laserskæringsprocessen, hvoraf nogle afhænger af laserens og værktøjsmaskinens tekniske ydeevne, mens andre varierer.
grad af polarisering
Graden af polarisering angiver, hvor stor en procentdel af laserlyset, der konverteres. En typisk grad af polarisering er omkring 90 procent. Dette er mere end nok til et snit af høj kvalitet.
brændvidde diameter
Brænddiameteren påvirker skærets bredde, og brændvidden kan ændres ved at ændre fokuseringsspejlets brændvidde. En mindre brændvidde betyder et smallere snit.
fokusposition
Fokuspositionen bestemmer strålediameteren og effekttætheden på emnets overflade samt formen af snittet.
billede
Figur 4 Fokusposition: inde i emnet, på overfladen af emnet og over emnet
laserkraft
Laserkraften skal matche bearbejdningstypen, materialetype og tykkelse. Effekten skal være høj nok til, at effekttætheden på emnet overstiger bearbejdningstærsklen.
billede
Figur 5 Højere lasereffekt kan skære tykkere materialer
Driftstilstand
Den kontinuerlige tilstand bruges hovedsageligt til at skære standardprofiler af metal og plast i millimeter til centimeter størrelser. For at smelte perforeringer eller skabe præcise konturer bruges lavfrekvente pulserende lasere.
skærehastighed
Laserkraft og skærehastighed skal matche hinanden. Skærehastigheder, der er for høje eller for langsomme, vil resultere i øget ruhed og gratdannelse.
billede
Figur 6 Skærehastigheden falder, når tykkelsen af pladen øges
Dyse diameter
Dysens diameter bestemmer strømningshastigheden og formen af gasstrømmen fra dysen. Jo tykkere materialet er, desto større er diameteren af gasstrålen og følgelig diameteren af dyseåbningen.
Gasrenhed og barometrisk tryk
Ilt og nitrogen bruges ofte som skærende gasser. Gassens renhed og tryk påvirker skæreeffekten.
Ved skæring med oxy-fuel kræves en gasrenhed på 99,95 procent. Jo tykkere stålpladen er, desto lavere er gastrykket.
Fusionsskæring med nitrogen kræver en gasrenhed på 99,995 procent (ideelt set 99,999 procent), og højere gastryk er påkrævet til fusionsskæring af tykkere stålplader.
Teknisk datablad
I de tidlige dage med laserskæring skulle brugerne selv bestemme indstillingen af behandlingsparametre gennem prøvedrift. Veletablerede forarbejdningsparametre er nu gemt i skæresystemets styreenhed. For hver materialetype og tykkelse er der tilsvarende data. Det tekniske datablad muliggør problemfri drift af laserskæreudstyr selv for dem, der ikke er fortrolige med denne teknologi.
Kvalitetsevalueringsfaktorer for laserskæring
Der er mange kriterier for at bedømme kvaliteten af en laserskåret kant. Standarder som gratform, depression og tekstur kan bedømmes med det blotte øje; vertikalitet, ruhed og snitbredde osv. skal måles med specielle instrumenter. Materialeaflejring, korrosion, varmepåvirket zone og deformation er også vigtige faktorer for at måle kvaliteten af laserskæring.
