Hoewel metaalbewerkingsoperaties traditioneel mechanische of handmatige processen gebruiken, kan lasersnijden een haalbare, effectieve en kostenefficiënte optie zijn voor metaalbewerking. Laserapparatuur onderscheidt zich van andere snijmachines in zowel ontwerp als toepassing. Bijvoorbeeld, lasersnijders maken geen direct contact met het materiaal, vertrouwen op hoog-energie stroombronnen, hebben strakkere snij-toleranties en zijn over het algemeen geautomatiseerd om precisie te maximaliseren.
Een laserapparaat richt een geconcentreerde stroom van fotonen op een precies gebied van het werkstuk om overtollig materiaal te verwijderen en het werkstuk in een specifiek ontwerp te vormen. Deze machines zijn zeer effectief in het snijden van verschillende soorten staal, zoals roestvrij staal en koolstofstaal. Echter, lasers zijn minder efficiënt op licht-reflecterende of warmtegeleidende metalen, zoals aluminium of koper, en vereisen specifieke aanpassingen om deze materialen te vormen. Het materiaal dat wordt gesneden, bepaalt vaak het type laser dat wordt gebruikt in de fabricage, waardoor het belangrijk is om de specificaties van de apparatuur af te stemmen op het vormingsmateriaal.
Types lasers
Lasertechnologie heeft verschillende unieke eigenschappen die de kwaliteit van de sneden beïnvloeden. De mate waarin licht rond oppervlakken buigt, staat bekend als diffractie, en de meeste lasers hebben lage diffractiepercentages om hogere lichtintensiteiten over langere afstanden mogelijk te maken. Daarnaast bepalen kenmerken zoals monochromaticiteit de golflengtefrequentie van de laserstraal, terwijl coherentie de continue toestand van de elektromagnetische straal meet. Deze factoren variëren afhankelijk van het type laser dat wordt gebruikt. De meest voorkomende soorten industriële metalen lasersnijdiensten zijn:
Nd:YAG: De neodymium-gedopeerde yttriumaluminiumgarnet (Nd:YAG) laser gebruikt een vaste kristalstof om licht op het doel te richten. Het kan een continue of ritmische infraroodstraal afvuren die kan worden versterkt door secundaire apparatuur, zoals optische pomp-lampen of diodes. De relatief divergente straal van de Nd:YAG en de hoge positiestabiliteit maken het zeer efficiënt bij laagvermogen operaties, zoals het snijden van plaatstaal of het trimmen van dunne staalsoorten.
CO2: Een kooldioxide laser is een krachtigere optie dan het Nd:YAG-model en gebruikt een gasmedium in plaats van een kristal om licht te focussen. De output-naar-pompverhouding stelt het in staat een hoogvermogen continue straal af te vuren die efficiënt dikke materialen kan snijden. Zoals de naam al aangeeft, bestaat de gasontlading van de laser uit een groot deel kooldioxide, gemengd met kleinere hoeveelheden stikstof, helium en waterstof. Vanwege de snijkracht is de CO2-laser in staat om omvangrijke stalen platen tot 25 millimeter dik te vormen, evenals het snijden of graveren van dunnere materialen bij lager vermogen.
Lasersnijkracht
Lasersnijden omvat het verwijderen van materiaal om een werkstuk te vormen in een proces dat over het algemeen de hoeveelheid nabewerking vermindert. Bijvoorbeeld, bij het snijden van thermisch behandelde materialen kan laserwarmte harding veroorzaken aan de buitenranden van de snede. Harding kan voor veel toepassingen nuttig zijn omdat het de duurzaamheid van het product verhoogt, maar het beperkt ook de hoeveelheid bewerking die kan worden gedaan, waardoor nabewerking zoals draadgaten of afbramen moeilijk wordt.
De meeste lasersnijssystemen zijn geautomatiseerd onder CNC-parameters. Deze computergestuurde controles maken hoge precisieniveaus en verhoogde snijsnelheden mogelijk. Sommige CNC-programma's bieden “vliegende optica”-mogelijkheden waarmee een laser materiaal kan vormen terwijl de snijkop in beweging is. De beweegbare laser kan snelle snijklussen uitvoeren terwijl hij nauwkeurig blijft, en is zeer effectief op dunne plaatstaal. CNC-programmering kan ook het vermogen regelen, waardoor de laser instellingen kan aanpassen afhankelijk van de contouren en dikte van het te snijden materiaal. Daarnaast zijn sommige CNC-lasers uitgerust met sensoreenheden die de afstand tussen de snijkop en het werkstuk kunnen aanpassen om vervorming te verminderen.
Lasersnijden van staal
Dikke staalmaterialen, zoals platen of versterkte vellen, worden meestal gesneden met CO2-lasers omdat ze een hoger vermogen hebben dan andere laser modellen. Over het algemeen geldt dat hoe dikker de staalplaat, hoe meer vermogen nodig is om te snijden, en de optimale snijsnelheid wordt grotendeels bepaald door de verhouding tussen dikte en de kracht van de laserstraal. In tegenstelling tot veel mechanische snijprocessen kan lasersnijden gaatjes produceren die aanzienlijk kleiner zijn dan de dikte van het staal, soms zelfs als een vijfde van de grootte van het werkstuk.
Hoewel Nd:YAG-lasers meestal niet in staat zijn om staal te snijden bij diktes die de 20 millimeter benaderen, kan een optische vezelverbetering met een zuurstofassist-gasmechanisme deze kristalgebaseerde systemen in staat stellen om dikkere staalwerkstukken te snijden. Deze modificatie gebruikt de laser om het staal voor te verwarmen terwijl zuurstof een exothermische reactie katalyseert om het snijden te ondersteunen.
Problemen bij lasersnijden van staal / aluminium
In tegenstelling tot standaard- of koolstofstaal, zijn aluminium en roestvrij staal licht-reflecterende en warmtegeleidende metalen, waardoor het moeilijk kan zijn om ze te fabriceren met een lasersnijproces. Een mogelijke oplossing voor laser gesneden aluminium en laser gesneden staal omvat het gebruik van een hogere vermogensinstelling in combinatie met gecomprimeerde gas technologie. Het gebruik van gassen in combinatie met snijbewerkingen is vrij gebruikelijk. Door stikstof- en zuurstof-ondersteunde lasersnijmachines kunnen aluminium en roestvrij staal vormen bij relatief hoge capaciteiten en met kwalitatieve randafwerkingen. Echter, een hoger elektriciteitsverbruik en de kosten van randapparatuur, zoals gas- of luchtfilters, kunnen de kosten voor deze systemen verhogen.
Onderzoek en Ontwikkeling
Veel organisaties, zoals het Laser Instituut van Nederland en Laserlab Europa, voeren voortdurend onderzoek uit om de beste standaardpraktijken en optimale laser toepassingen voor een reeks materialen te bepalen. Evenzo worden de specificaties van lasersnijkoppen voortdurend herzien en aangepast om de kwaliteit van laserdoorboringen en de netheid van lasersneden te verbeteren. Naarmate lasersnijsystemen blijven verbeteren in capaciteit, productiesnelheid en kostenefficiëntie, zullen waarschijnlijk meer toepassingen voor lasersnijden van staal en aluminium verschijnen.
XTJ is een toonaangevende OEM-fabrikant die zich toelegt op het bieden van one-stop productieoplossingen voor het bewerken van 6061 aluminium van prototype tot productie. We zijn trots op ons ISO 9001 gecertificeerde systeem voor kwaliteitsbeheer en we zijn vastbesloten om waarde te creëren in elke klantrelatie. Dit doen we door samenwerking, innovatie, procesverbeteringen en uitzonderlijk vakmanschap. Toepassingen: automobielindustrie, fiets en motorfiets, deuren en ramen en meubels, huishoudelijke apparaten, gasmeters, elektrisch gereedschap, LED-verlichting, medische instrumenten, enz.
