Από την εμφάνιση της τεχνολογίας κοπής λέιζερ στα μέσα -20 τον αιώνα, μετά από χρόνια ανάπτυξης, έχει γίνει μια απαραίτητη μέθοδος επεξεργασίας στη σύγχρονη κατασκευή. Τα παρακάτω είναι αρκετά σημαντικά στάδια της ανάπτυξής του:
Τεχνολογικό εμβρυϊκό στάδιο (1960)
Το 1960, η εφεύρεση του πρώτου πρακτικού λέιζερ σηματοδότησε τη γέννηση της τεχνολογίας λέιζερ. Την ίδια χρονιά, οι Αμερικανοί επιστήμονες προσπάθησαν πρώτα να χρησιμοποιήσουν λέιζερ για κοπή υλικών, κυρίως για κοπή λεπτών μεταλλικών φύλλων και τρύπες γεώτρησης. Η τεχνολογία κοπής λέιζερ κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου χρησιμοποιήθηκε κυρίως σε επιστημονική έρευνα και στρατιωτικά πεδία και δεν είχε ακόμη χρησιμοποιηθεί ευρέως στη βιομηχανική παραγωγή.
Πρώιμη εκβιομηχάνιση (1970)
Στη δεκαετία του 1970, η απόδοση των λέιζερ βελτιώθηκε σταδιακά, ειδικά η εμφάνιση λέιζερ CO2, καθιστώντας δυνατή την εφαρμογή της κοπής λέιζερ στον βιομηχανικό τομέα. Το 1975, οι μηχανές κοπής λέιζερ άρχισαν να χρησιμοποιούνται για την επεξεργασία μεταλλικών και μη μεταλλικών υλικών, όπως η κατασκευή τμημάτων υψηλής ακρίβειας στον τομέα της αεροδιαστημικής. Σε αυτό το στάδιο, η τεχνολογία κοπής λέιζερ εξακολουθούσε να περιορίζεται από το υψηλό κόστος και τις πολύπλοκες λειτουργίες και η δημοτικότητά της ήταν χαμηλή.
Τεχνολογική ωριμότητα (1980)
Στη δεκαετία του 1980, η ανάπτυξη της τεχνολογίας αριθμητικού ελέγχου υπολογιστών (CNC) προώθησε σημαντικά την πρόοδο της τεχνολογίας κοπής λέιζερ. Οι μηχανές κοπής λέιζερ έχουν επιτευχθεί σταδιακά αυτοματοποίηση και έλεγχος υψηλής ακρίβειας και η ταχύτητα κοπής και η ποιότητα έχουν βελτιωθεί σημαντικά. Επιπλέον, η έρευνα και η ανάπτυξη των λέιζερ ινών έχει διευρύνει περαιτέρω το πεδίο εφαρμογής της κοπής λέιζερ. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, η κοπή με λέιζερ άρχισε να χρησιμοποιείται ευρέως σε βιομηχανίες όπως η κατασκευή αυτοκινήτων, τα ηλεκτρονικά προϊόντα και τα ιατρικά προϊόντα.
Ταχεία περίοδος ανάπτυξης (1990)
Στη δεκαετία του 1990, η τεχνολογία κοπής λέιζερ έκανε σημαντικές ανακαλύψεις στην εξουσία και τη σταθερότητα. Με την αυξανόμενη ζήτηση για βιομηχανικό αυτοματισμό, η εμφάνιση λέιζερ υψηλής ισχύος κατέστησε δυνατή τη μείωση των πυκνών μεταλλικών φύλλων. Ταυτόχρονα, το κόστος της κοπής λέιζερ έχει μειωθεί σημαντικά, καθιστώντας το προσιτό για μικρές και μεσαίες επιχειρήσεις. Η παγκόσμια αγορά κοπής λέιζερ αυξήθηκε γρήγορα κατά τη διάρκεια αυτού του σταδίου και η τεχνολογία σταδιακά έγινε δημοφιλής.
Ευφυής και διαφοροποιημένη περίοδος (21ος αιώνας)
Εισερχόμενοι στον 21ο αιώνα, η τεχνολογία κοπής λέιζερ έχει εισέλθει στο στάδιο της έξυπνης και διαφοροποιημένης ανάπτυξης. Τα λέιζερ ινών έχουν γίνει το κύριο ρεύμα της αγοράς με την υψηλή απόδοση, το χαμηλό κόστος συντήρησης και την ισχυρή προσαρμοστικότητα. Ταυτόχρονα, ο εξοπλισμός κοπής λέιζερ συνδυάζεται με την τεχνητή νοημοσύνη, τα μεγάλα δεδομένα και τις τεχνολογίες του Διαδικτύου των πραγμάτων για την επίτευξη ευφυούς παραγωγής και απομακρυσμένης παρακολούθησης. Επιπλέον, η ανάπτυξη εξαιρετικά γρήγορων λέιζερ έχει καταστήσει την ακρίβεια σε επίπεδο μικρών και ακόμη και την ακρίβεια σε επίπεδο νανομέτρου, επεκτείνοντας την εφαρμογή της στην αεροδιαστημική, ιατρική, ηλεκτρονική και νέα ενεργειακά πεδία.
Δημιουργία λέιζερ
Ο πυρήνας της κοπής λέιζερ είναι το λέιζερ. Το λέιζερ μετατρέπει την ενέργεια σε μια δέσμη υψηλής έντασης μέσω της διεγερμένης διαδικασίας ακτινοβολίας. Τα συνήθως χρησιμοποιούμενα λέιζερ περιλαμβάνουν:
● Laser CO2: Κατάλληλο για κοπή μη μεταλλικά υλικά και μερικά μέταλλα.
● Λέιζερ ινών: υψηλή απόδοση, ισχυρή σταθερότητα, κατάλληλη για επεξεργασία μετάλλων.
● Στερεό λέιζερ: όπως λέιζερ ND: YAG, κατάλληλο για λεπτή επεξεργασία και μικρο επεξεργασία.
Το λέιζερ που εκπέμπεται από το λέιζερ έχει υψηλή μονοχρωματικότητα, υψηλή κατευθυντικότητα και υψηλή πυκνότητα ενέργειας, παρέχοντας μια βασική πηγή φωτός για κοπή.
Εστίαση δέσμης
Η δέσμη λέιζερ επικεντρώνεται στην επιφάνεια του υλικού μέσω ενός καθρέφτη εστίασης ή ενός συστήματος μετάδοσης οπτικών ινών για να σχηματίσει μια πολύ μικρή εστιακή περιοχή. Η διαμέτρου του σημείου μετά την εστίαση είναι συνήθως μεταξύ δεκάδων μικρών και εκατοντάδων μικρών και η ενεργειακή πυκνότητα μπορεί να είναι τόσο υψηλή όσο 10 -10 ⁹ w/cm². Αυτή η υψηλή ενεργειακή πυκνότητα αναγκάζει το υλικό να θερμαίνεται τοπικά σε μια τήξη, εξάτμιση ή ακόμα και κατάσταση πλάσματος σε σύντομο χρονικό διάστημα. Η ακρίβεια της εστιασμένης δέσμης καθορίζει άμεσα την ποιότητα της κοπής, οπότε ένα σύστημα εστίασης υψηλής απόδοσης αποτελεί σημαντικό μέρος της κοπής λέιζερ.
Θερμική επίδραση των υλικών
Όταν η εστιασμένη δέσμη λέιζερ ακτινοβολείται στην επιφάνεια του υλικού, θα αντιδράσει θερμικά με το υλικό. Η συγκεκριμένη διαδικασία περιλαμβάνει:
● Απορρόφηση της φωτεινής ενέργειας: Η επιφάνεια του υλικού απορροφά την ενέργεια του λέιζερ και τη μετατρέπει σε θερμική ενέργεια.
● Τοπική θέρμανση: Η υψηλή ενεργειακή πυκνότητα αναγκάζει το σημείο ακτινοβολίας να θερμαίνεται γρήγορα στο σημείο τήξης ή στο σημείο βρασμού.
● Αφαίρεση υλικού: Το τετηγμένο ή εξατμισμένο υλικό αφαιρείται από την περιοχή κοπής για να σχηματίσει μια τομή.
Σύμφωνα με τον τρόπο της θερμικής δράσης, η κοπή με λέιζερ χωρίζεται στις ακόλουθες λειτουργίες:
● Κοπή τήξης: Το λέιζερ λιώνει το υλικό και το τετηγμένο υλικό εκτοξεύεται από βοηθητικό αέριο.
● Κοπή εξάτμισης: Το λέιζερ εξατμίζει απευθείας το υλικό, το οποίο είναι κατάλληλο για μικροσκοπία υψηλής ακρίβειας.
● Κοπή οξείδωσης: Το λέιζερ θερμαίνει το υλικό και αντιδρά με οξυγόνο για να ενισχύσει την απόδοση κοπής.
Ο ρόλος του βοηθητικού αερίου
Το βοηθητικό αέριο, όπως το οξυγόνο, το άζωτο ή ο συμπιεσμένος αέρας, εισάγεται συνήθως κατά τη διάρκεια της κοπής λέιζερ. Οι λειτουργίες του περιλαμβάνουν:
● Αφαίρεση του λιωμένου υλικού: Το βοηθητικό αέριο φυσάει το τετηγμένο ή εξατμισμένο υλικό μακριά από την περιοχή κοπής για να εξασφαλίσει μια καθαρή τομή.
● Υλικό ψύξης: Αποτρέψτε την υπερθέρμανση του υλικού και την παραμόρφωση της αιχμής.
● Υποστήριξη καύσης: Στην κοπή οξείδωσης, το οξυγόνο μπορεί να αντιδράσει με το υλικό για να βελτιώσει την ταχύτητα κοπής και την ποιότητα.
Διαφορετικές απαιτήσεις υλικών και κοπής καθορίζουν τον τύπο και την πίεση του βοηθητικού αερίου. Για παράδειγμα, το οξυγόνο είναι κατάλληλο για κοπή άνθρακα, ενώ το άζωτο χρησιμοποιείται για κοπή υψηλής ποιότητας από ανοξείδωτο χάλυβα και αλουμίνιο.
Σύστημα ελέγχου για κοπή λέιζερ
Ο σύγχρονος εξοπλισμός κοπής λέιζερ είναι συνήθως εξοπλισμένος με σύστημα αριθμητικού ελέγχου (CNC), το οποίο μπορεί να επιτύχει υψηλής περιεκτικότητας σε ακρίβεια και αυτοματοποιημένη επεξεργασία. Οι κύριες λειτουργίες του συστήματος ελέγχου περιλαμβάνουν:
● Σχεδιασμός τροχιάς: Ελέγξτε με ακρίβεια τη διαδρομή κίνησης της κεφαλής λέιζερ σύμφωνα με τα σχέδια σχεδιασμού.
● Κανονισμός ισχύος: Ρυθμίστε την ισχύ του λέιζερ σύμφωνα με το υλικό και το πάχος κοπής.
● Έλεγχος θέσης εστίασης: Διατηρήστε την καλύτερη επίδραση κοπής μέσω ενός δυναμικού συστήματος εστίασης.
Η εφαρμογή των έξυπνων συστημάτων ελέγχου έχει βελτιώσει σημαντικά την ακρίβεια και την αποτελεσματικότητα της κοπής λέιζερ.
Σχηματισμός της διαδικασίας κοπής
Η κοπή με λέιζερ ολοκληρώνεται με θέρμανση και αφαίρεση υλικού. Η διαδικασία κοπής περιλαμβάνει τα παρακάτω βήματα:
● Piercing: Η δέσμη λέιζερ γροθιά πρώτα μια μικρή τρύπα στην επιφάνεια του υλικού.
● Κοπή σχηματισμού κομματιών: Η κεφαλή λέιζερ κινείται κατά μήκος της διαδρομής και ολοκληρώνει σταδιακά την κοπή.
● Ολοκλήρωση κοπής: Μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας κοπής, το βοηθητικό αέριο αφαιρεί το υπόλειμμα για να σχηματίσει μια ομαλή επιφάνεια κοπής.
Εισαγάγετε τα κύρια συστατικά της μηχανής κοπής λέιζερ
Γεννήτρια λέιζερ
Η γεννήτρια λέιζερ είναι το βασικό συστατικό της μηχανής κοπής λέιζερ, υπεύθυνη για τη δημιουργία μιας δέσμης λέιζερ υψηλής ενέργειας. Οι συνήθεις τύποι λέιζερ περιλαμβάνουν λέιζερ ινών, λέιζερ CO2 και λέιζερ δίσκων. Μεταξύ αυτών, τα λέιζερ ινών ευνοούνται για την υψηλή απόδοση τους, το χαμηλό κόστος συντήρησης και το ευρύ φάσμα των εφαρμογών.
● Λέιζερ ινών: Κατάλληλα για κοπή μετάλλων, παρέχοντας σταθερή ποιότητα δέσμης.
● Λέιζερ CO2: Κατάλληλα για μη μεταλλικό υλικό κοπής, με γρήγορη ταχύτητα κοπής.
● Λέιζερ δίσκων: Κατάλληλα για επεξεργασία υψηλής ακρίβειας, με ισχυρή προσαρμοστικότητα.
Κεφαλή λέιζερ
Η κεφαλή λέιζερ χρησιμοποιείται για να εστιάσει τη δέσμη λέιζερ, να συγκεντρώσει την ενέργεια του λέιζερ στην επιφάνεια του υλικού και να επιτύχει αποτελεσματική κοπή. Η κεφαλή λέιζερ περιέχει συνήθως τα ακόλουθα βασικά στοιχεία:
● Φακός εστίασης: Εξασφαλίζει ότι η δέσμη λέιζερ είναι εξαιρετικά εστιασμένη, επηρεάζοντας την ακρίβεια κοπής.
● Προστατευτικός φακός: Αποτρέψτε τη σκωρία και τη σκόνη από τη μόλυνση του φακού, επεκτείνοντας τη διάρκεια ζωής του εξοπλισμού.
● Αυτόματη λειτουργία εστίασης: Ρυθμίστε το εστιακό μήκος για να προσαρμοστεί στα υλικά διαφορετικών πάχους και να βελτιώσει την αποδοτικότητα της εργασίας.
Σύστημα CNC
Το σύστημα CNC είναι ο εγκέφαλος της μηχανής κοπής λέιζερ, ελέγχοντας την τροχιά κίνησης και τις παραμέτρους κοπής της κεφαλής λέιζερ. Τα συστήματα CNC υψηλής απόδοσης μπορούν να επιτύχουν τις ακόλουθες λειτουργίες:
● Ακριβής Σχεδιασμός διαδρομής: Βελτίωση της ακρίβειας κοπής και μείωση των αποβλήτων υλικών.
● Έλεγχος σύνδεσης πολλαπλών αξόνων: Υποστήριξη κοπής σύνθετων μοτίβων.
● Βελτιστοποίηση διεπαφής χρήστη: Βολικό για τους χειριστές να ορίζουν παραμέτρους και παρακολούθηση.
Σύστημα οδήγησης
Το σύστημα κίνησης καθορίζει την ταχύτητα κίνησης και την ακρίβεια της μηχανής κοπής λέιζερ. Τα κοινά συστήματα κίνησης περιλαμβάνουν:
● Servo Motor: Παρέχει έλεγχο κίνησης υψηλής ακρίβειας και είναι κατάλληλος για κοπή υψηλής ταχύτητας.
● Κινητήρας Stepper: Απλή δομή, χαμηλό κόστος, κατάλληλο για μεσαία και χαμηλή ταχύτητα.
● Γραμμικός κινητήρας: Χρησιμοποιείται σε υψηλές δυναμικές περιστάσεις απόκρισης για τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας της επεξεργασίας.
Δομή κρεβατιού
Η δομή του κρεβατιού είναι το βασικό μέρος της υποστήριξης της μηχανής κοπής λέιζερ και η σταθερότητά του επηρεάζει άμεσα το φαινόμενο κοπής.
● Δομή γελοίου: Ισχυρή ακαμψία, κατάλληλη για επεξεργασία μεγάλου σχήματος.
● Δομή προβόλου: κατάλληλη για κοπή μικρών και μεσαίων υλικών.
● Honeycomb Workbench: Μειώστε τον προβληματισμό λέιζερ και βελτιώστε την ασφάλεια της επεξεργασίας.
Βοηθητικό σύστημα αερίου
Το βοηθητικό σύστημα αερίου χρησιμοποιείται για τη βελτίωση της ποιότητας κοπής. Τα κοινά αέρια περιλαμβάνουν οξυγόνο, άζωτο και συμπιεσμένο αέρα.
● Οξυγόνο: επιταχύνει την οξείδωση του μετάλλου και αυξάνει την ταχύτητα κοπής.
● Αζωτόν: Αποτρέπει την οξείδωση του υλικού και είναι κατάλληλη για κοπή υψηλής ποιότητας.
● Συμπιεσμένος αέρας: Οικονομικός και πρακτικός, κατάλληλος για κοπή με λεπτή πλάκα.
Σύστημα ψύξης
Το σύστημα ψύξης εξασφαλίζει την κανονική λειτουργία της γεννήτριας λέιζερ και άλλων εξαρτημάτων υπό συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας.
● Σύστημα ψύξης νερού: Χρησιμοποιείται ευρέως σε εξοπλισμό λέιζερ υψηλής ισχύος, με σημαντικό αποτέλεσμα ψύξης.
● Σύστημα ψύξης αέρα: κατάλληλο για μικρό εξοπλισμό λέιζερ, με απλή δομή και εύκολη συντήρηση.
Σύστημα αφαίρεσης καπνού και σκόνης
Το σύστημα απομάκρυνσης καπνού και σκόνης αποτελεί σημαντικό μέρος της προστασίας του λειτουργικού περιβάλλοντος, το οποίο μπορεί να αφαιρέσει αποτελεσματικά τον καπνό και τη σκόνη που παράγεται κατά τη διάρκεια της διαδικασίας κοπής.
● Μονάδα φίλτρου: καταγράφει λεπτά σωματίδια για την προστασία του περιβάλλοντος και της ανθρώπινης υγείας.
● Συσκευή εξάτμισης: παρέχει αποτελεσματικό εξαερισμό και διατηρεί την ποιότητα του αέρα του εργαστηρίου.
Εφαρμογή της μηχανής λέιζερ στο πεδίο της κοπής λέιζερ
Αποτελεσματική κοπή μεταλλικών υλικών
Η κοπή με λέιζερ χρησιμοποιείται ευρέως στην επεξεργασία μεταλλικών υλικών, ειδικά για μέταλλα, όπως ανοξείδωτο χάλυβα, αλουμίνιο και χαλκό, και μπορεί να παρέχει πολύ λεπτές άκρες κοπής. Η μηχανή λέιζερ θερμαίνει το μέταλλο σε υψηλή θερμοκρασία μέσω μιας ισχυρής δέσμης λέιζερ και το λιώνει γρήγορα και φυσάει το τετηγμένο μέταλλο με ροή αέρα για να ολοκληρώσει την κοπή. Η κοπή με λέιζερ δεν απαιτεί καλούπι και μπορεί γρήγορα να παράγει μέρη σύνθετων σχημάτων, μειώνοντας το κόστος παραγωγής και το χρόνο.
Κοπή μη μεταλλικών υλικών
Εκτός από τα μέταλλα, τα μηχανήματα λέιζερ χρησιμοποιούνται επίσης ευρέως στην κοπή μη μεταλλικών υλικών. Η κοπή με λέιζερ μπορεί να κόψει με ακρίβεια μια ποικιλία υλικών όπως πλαστικά, ξύλο, δέρμα και χαρτί. Σε αυτά τα μη μεταλλικά υλικά, η κοπή με λέιζερ όχι μόνο εξασφαλίζει την ακρίβεια κοπής, αλλά επίσης δεν προκαλεί υλική παραμόρφωση και η κοπτική άκρη είναι ομαλή, μειώνοντας την ανάγκη για επακόλουθη επεξεργασία.
Η μηχανική κατεργασία και η κοπή σύνθετων σχημάτων
Η τεχνολογία κοπής λέιζερ μπορεί να επιτύχει κοπή υψηλής ακρίβειας, ειδικά για τμήματα που απαιτούν σύνθετα περιγράμματα. Για παράδειγμα, οι μηχανές λέιζερ μπορούν να κόψουν τις καμπύλες, τις στρογγυλές τρύπες, τις μικρο-τρύπες και άλλα σχήματα, τα οποία είναι κατάλληλα για ηλεκτρονικά ακρίβεια κατασκευής, μηχανικά μέρη και διακοσμητικά πρότυπα. Η ευελιξία των μηχανών λέιζερ το καθιστά σημαντικό στην κατασκευή μούχλας, στην αεροδιαστημική, στην αυτοκινητοβιομηχανία και σε άλλες βιομηχανίες.
