Laser ebaketa materialak lurruntzeko laser bat erabiltzen duen teknologia da, ertz moztua lortzen duena.Normalean fabrikazio industrialeko aplikazioetarako erabiltzen den arren, gaur egun ikastetxeek, enpresa txikiek, arkitekturak eta zaletuek erabiltzen dute.Laser ebaketak potentzia handiko laser baten irteera optikaren bidez zuzentzen du.Laser optika eta CNC (ordenagailuaren zenbakizko kontrola) laser izpia materialera zuzentzeko erabiltzen dira.Materialak mozteko laser komertzial batek mugimendua kontrolatzeko sistema bat erabiltzen du materialaren gainean moztu beharreko ereduaren CNC edo G-kode bat jarraitzeko.Fokatutako laser izpia materialari zuzentzen zaio, eta, ondoren, urtu, erre, lurrundu edo gas-zorrotada batek botatzen du[1], kalitate handiko gainazaleko akabera duen ertza utziz.
Historia
1965ean, produkzioko lehen laser ebaketa-makina erabili zen diamanteen trokeletan zuloak zulatzeko.Makina hau Western Electric Engineering Research Center-ek egin zuen.[3]1967an, britainiarrak laser bidez lagundutako oxigeno-jetaren ebaketa aitzindaria izan zen metaletarako.[4]1970eko hamarkadaren hasieran, teknologia hau titanioa mozteko ekoizten hasi zen aplikazio aeroespazialetarako.Aldi berean, CO2 laserrak ez-metalak mozteko egokitu ziren, ehungintza adibidez, izan ere, garai hartan, CO2 laserrak ez baitziren metalen eroankortasun termikoa gainditzeko nahikoa indartsua.[5]
Prozesua
Altzairuaren laser ebaketa industriala CNC interfazearen bidez programatutako ebaketa-argibideekin
Laser izpia, oro har, kalitate handiko lente bat erabiliz bideratzen da lan eremuan.Izpiaren kalitateak eragin zuzena du fokatutako lekuaren tamainan.Fokatutako izpiaren zatirik estuena, oro har, 0,0125 hazbeteko (0,32 mm) baino txikiagoa da.Materialaren lodieraren arabera, 0,004 hazbeteko (0,10 mm) zabalera izan daiteke.[6]Ertza ez den beste leku batetik ebakitzen hasteko, zulaketa bat egiten da ebaki bakoitzaren aurretik.Piercing-ak normalean potentzia handiko pultsatuko laser izpi bat dakar eta horrek poliki-poliki zulo bat egiten du materiala, 5-15 segundo inguru behar ditu 0,5 hazbeteko lodierako (13 mm) altzairu herdoilgaitzerako, adibidez.
Laser iturriko argi koherentearen izpi paraleloak sarritan 0,06-0,08 hazbeteko (1,5-2,0 mm) arteko diametroan erortzen dira.Izpi hori normalean lente batek edo ispilu batek 0,001 hazbeteko (0,025 mm) inguruko puntu oso txiki batera bideratzen eta areagotzen du laser izpi bizia sortzeko.Ingerada mozketan ahalik eta akabera leunena lortzeko, habearen polarizazioaren noranzkoa biratu behar da ingeratutako pieza baten periferiatik doan heinean.Txapa ebakitzeko, foku-luzera 1,5-3 hazbetekoa izan ohi da (38-76 mm).[7]
Laser ebaketa ebaketa mekanikoaren abantailen artean, lana errazago eustea eta piezaren kutsadura murriztea (ez baitago materialak kutsatu edo materiala kutsa dezakeen ebaketa-ertzrik).Zehaztasuna hobea izan daiteke, laser izpiak ez baitu higatzen prozesuan zehar.Ebakitzen ari den materiala okertzeko aukera ere murriztu egiten da, laser sistemak beroaren eraginpeko zona txiki bat baitute.[8]Material batzuk ere oso zailak edo ezinezkoak dira bide tradizionalagoen bidez moztea.
Metaletarako laser bidezko ebaketak plasma ebaketarekin alderatuta, zehaztasun handiagoa izatea[9] eta txapa ebakitzerakoan energia gutxiago erabiltzearen abantailak ditu;hala ere, laser industrial gehienek ezin dute plasmak duen metalezko lodiera handiagoa moztu.Potentzia handiagoz funtzionatzen duten laser-makina berriagoak (6000 watt, laser ebaketa-makinen 1500 watt-en aldean) plasma-makinetara hurbiltzen ari dira material lodiak mozteko gaitasunagatik, baina makinen kapital-kostua plasmarena baino askoz handiagoa da. altzairuzko plaka bezalako material lodiak mozteko gai diren ebakitzeko makinak.[10]
Motak
4000 watt CO2 laser ebakitzailea
Laser ebaketa egiteko hiru laser mota nagusi daude.CO2 laserra mozteko, aspertzeko eta grabatzeko egokia da.Neodimio (Nd) eta neodimio itrio-aluminio-granate (Nd:YAG) laserrak estilo berdinak dira eta aplikazioan soilik desberdinak dira.Nd aspertzeko erabiltzen da eta non energia handia baina errepikapen txikia behar den.Nd:YAG laserra oso potentzia handia behar den lekuetan eta aspertzeko eta grabatzeko erabiltzen da.Soldadurarako CO2 zein Nd/Nd:YAG laserrak erabil daitezke.[11]
CO2 laserrak normalean "ponpatzen" dira korronte bat gas-nahastean zehar igaroz (DC-k kitzikatuta) edo irrati-maiztasun-energia erabiliz (RF-k kitzikatuta).RF metodoa berriagoa da eta ezagunagoa bihurtu da.DC diseinuak barrunbearen barruko elektrodoak behar dituenez, elektrodoen higadura eta elektrodoen materiala beirazko tresnetan eta optikan plakatzea aurki dezakete.RF erresonatzaileek kanpoko elektrodoak dituztenez ez dira arazo horietarako joera.CO2 laserrak material asko mozteko erabiltzen dira, besteak beste, titanioa, altzairu herdoilgaitza, altzairu leuna, aluminioa, plastikoa, egurra, ingeniaritza egurra, argizaria, ehunak eta papera.YAG laserrak metalak eta zeramika mozteko eta marraztatzeko erabiltzen dira batez ere.[12]
Energia iturriaz gain, gas-fluxu motak errendimenduan ere eragina izan dezake.CO2 laserren aldaera arruntak fluxu axial azkarra, fluxu axial motela, zeharkako fluxua eta lauza dira.Fluxu axial azkarreko erresonagailu batean, karbono dioxidoaren, helioaren eta nitrogenoaren nahastea abiadura handian zirkulatzen du turbina edo puzgailu baten bidez.Zeharkako fluxu laserrek gas nahasketa abiadura txikiagoan zirkulatzen dute, harizgailu sinpleago bat behar baitute.Lauza edo difusio-hoztutako erresonatzaileek presiorik edo beira-ontzirik behar ez duten gas-eremu estatiko bat dute, eta ordezko turbinetan eta beira-tresnetan aurrezten da.
Laser sorgailuak eta kanpoko optikak (foku-lentea barne) hoztea behar dute.Sistemaren tamainaren eta konfigurazioaren arabera, hondakin-beroa hozgarri baten bidez edo zuzenean airera transferi daiteke.Ura erabili ohi den hozgarri bat da, normalean hozkailu edo bero transferentzia sistema baten bidez zirkulatzen da.
laser microjet ur-zorrotada gidatutako laser bat da, zeinetan pultsatuko laser izpi bat presio baxuko ur-zorrotada batean akoplatzen den.Hau laser ebaketa-funtzioak burutzeko erabiltzen da ur-zorrotada erabiltzen duen bitartean laser izpia gidatzeko, zuntz optiko baten antzera, barne islapen osoaren bidez.Honen abantailak urak hondakinak ere kentzen ditu eta materiala hozten du.Laser ebaketa "lehorra" tradizionalarekiko abantaila gehigarriak dado-abiadura handiak, kerf paraleloa eta noranzko noranzkoko ebaketa dira.[13]
Zuntz laserrak metalak mozteko industrian azkar hazten ari diren egoera solidoko laser mota bat dira.CO2-a ez bezala, Fiber teknologiak irabazi-medio solido bat erabiltzen du, gas edo likido baten aldean."Hazi-laserak" laser izpia sortzen du eta gero beira-zuntz baten barruan anplifikatzen da.1064 nanometroko uhin-luzera baino ez duten zuntz-laserrek puntu oso txikia sortzen dute (CO2arekin alderatuta 100 aldiz txikiagoa), material metaliko islatzailea mozteko aproposa da.Hau da zuntzaren abantaila nagusietako bat CO2arekin alderatuta.[14]
Zuntz laser ebakitzailearen abantailak hauek dira: -
Prozesatzeko denbora azkarrak.
Energia-kontsumoa eta fakturak murriztea, eraginkortasun handiagoa dela eta.
Fidagarritasun eta errendimendu handiagoa: ez dago doitzeko edo lerrokatzeko optikarik eta ordezkatzeko lanpararik.
Mantentze minimoa.
Oso islatzaileak diren materialak prozesatzeko gaitasuna, hala nola kobrea eta letoia
Produktibitate handiagoa: kostu operatibo txikiagoak inbertsioaren etekin handiagoa eskaintzen du.[15]
Metodoak
Laser bidez mozteko metodo ezberdin asko daude, material desberdinak mozteko mota desberdinak erabiliz.Metodo batzuk lurruntzea, urtzea eta putz egitea, urtzea eta erretzea, estres termikoa pitzatzea, skribatzea, hotzeko ebaketa eta erretzea egonkortutako laser ebaketa dira.
Baporizazioa ebaketa
Lurruntze-mozketan fokatutako izpiak materialaren gainazala suztatze punturaino berotzen du eta giltza-zulo bat sortzen du.Giltza-zuloak xurgapenaren bat-bateko handitzea dakar zuloa azkar sakonduz.Zuloa sakondu eta materiala irakiten den heinean, sortutako lurrunak urtutako hormak higatzen ditu kanpora botaz eta zuloa gehiago handituz.Urtzen ez den materiala, hala nola egurra, karbonoa eta plastiko termoegonkorrak, normalean, metodo honen bidez mozten dira.
Urtu eta putz egin
Urtu eta putz edo fusio ebaketak presio handiko gasa erabiltzen du urtutako materiala ebaketa-eremutik putz egiteko, potentzia-eskakizuna asko murriztuz.Lehenik eta behin, materiala urtze-puntura berotzen da, ondoren, gas-zorrotada batek urtutako materiala ertzetik kanpora botatzen du, materialaren tenperatura gehiago igo behar saihestuz.Prozesu honekin ebakitako materialak metalak izan ohi dira.
Estres termikoa pitzadura
Material hauskorrak bereziki sentikorrak dira haustura termikoarekiko, tentsio termikoko pitzaduran ustiatzen den ezaugarria.Izpi bat gainazalean zentratzen da beroketa lokalizatua eta dilatazio termikoa eraginez.Horrek pitzadura bat sortzen du, gero habea mugituz gidatu daitekeena.Pitzadura m/s-ko ordenan mugi daiteke.Normalean beira mozteko erabiltzen da.
Siliziozko obleen ezkutuko dadoak
Informazio gehiago: Obleen zatiketa
Txip mikroelektronikoen bereizketa gailu erdieroaleen fabrikazioan prestatutako silizio-obleetatik abiatuta, stealth dicing-prozesuaren bidez egin daiteke, Nd:YAG laser pultsu batekin funtzionatzen duena, zeinaren uhin-luzera (1064 nm) elektronikara ondo egokitzen dena. Silizioaren banda-hutsunea (1,11 eV edo 1117 nm).
Ebaketa erreaktiboa
"Laser gas ebaketa egonkortua erretzea", "sugar ebaketa" ere deitzen zaio.Ebaketa erreaktiboa oxigenozko sopletearen ebaketa bezalakoa da, baina laser izpi batekin pizte iturri gisa.Gehienetan karbono altzairua 1 mm-tik gorako lodieretan mozteko erabiltzen da.Prozesu hau laser potentzia nahiko txikia duten altzairuzko xafla oso lodiak mozteko erabil daiteke.
Perdoiak eta gainazaleko akabera
Laser ebakigailuek 10 mikrometroko kokapen-zehaztasuna dute eta 5 mikrometroko errepikakortasuna.
Rz zimurtasun estandarra xaflaren lodierarekin batera handitzen da, baina gutxitzen da laser potentziarekin eta ebaketa abiadurarekin.Karbono gutxiko altzairua 800 W-ko laser potentziarekin mozten denean, Rz zimurtasun estandarra 10 μm-koa da 1 mm-ko xaflaren lodierako, 20 μm 3 mm-rako eta 25 μm 6 mm-rako.
{\displaystyle Rz={\frac {12,528\cdot S^{0,542}}{P^{0,528}\cdot V^{0,322}}}}{\displaystyle Rz={\frac {12,528\cdot S^{0,542 }}{P^{0.528}\cdot V^{0.322}}}}
Non: {\displaystyle S=}S= altzairu xaflaren lodiera mm-tan;{\displaystyle P=}P= laser potentzia kW-tan (laser ebakitzaile berri batzuek 4 kW-ko laser potentzia dute);{\displaystyle V=}V= ebaketa-abiadura metrotan minutuko.[16]
Prozesu honek tolerantzia oso estuak eduki ditzake, askotan 0,001 hazbeteko (0,025 mm).Piezen geometriak eta makinaren sendotasun mekanikoak zerikusi handia dute tolerantzia-gaitasunekin.Laser izpiaren ebaketaren ondoriozko gainazaleko akabera tipikoa 125 eta 250 mikro hazbete artekoa izan daiteke (0,003 mm eta 0,006 mm).[11]
Makinen konfigurazioak
Palet bikoitzeko laser optika hegalaria
Optika hegalari laser buru
Oro har, laser ebaketa-makin industrialen hiru konfigurazio desberdin daude: material mugikorra, hibridoa eta sistema optiko hegalariak.Hauek laser izpia moztu edo prozesatu beharreko materialaren gainean mugitzeko moduari egiten diote erreferentzia.Horiek guztientzat, higidura-ardatzak X eta Y ardatz izendatu ohi dira.Ebaketa-burua kontrolatu badaiteke, Z ardatz gisa izendatuko da.
Mugitzen diren materialaren laserrek ebaketa-buru geldiko bat dute eta materiala haren azpian mugitzen dute.Metodo honek laser-sorgailutik piezarako distantzia konstantea eskaintzen du eta puntu bakar bat ebaketa-isuriak kentzeko.Optika gutxiago behar du, baina pieza mugitzea eskatzen du.Estilo-makina honek izpien bidalketa-optika gutxien izan ohi du, baina motelena ere izan ohi da.
Laser hibridoek ardatz batean mugitzen den mahai bat eskaintzen dute (normalean X ardatzean) eta burua (Y) ardatz laburrenean mugitzen dute.Horrek makina optiko hegalari batek baino habe-emate-bidearen luzera konstanteagoa lortzen du eta habe-emate sistema sinpleagoa ahalbidetu dezake.Horrek potentzia-galera murriztea eragin dezake entrega-sisteman eta watt bakoitzeko ahalmen handiagoa eragin dezake optiko makina hegalariek baino.
Optika hegalariaren laserrek mahai geldi bat eta ebaketa buru bat (laser izpiarekin) piezaren gainean mugitzen dira bi dimentsio horizontaletan.Ebakitzaile optiko hegalariek pieza geldirik mantentzen dute prozesatzean eta askotan ez dute materiala estutu behar.Mugitzen den masa konstantea da, beraz, dinamikak ez du eraginik piezaren tamaina desberdinek.Optika hegalarien makina bizkorrenak dira, eta hori onuragarria da pieza meheagoak ebakitzean.[17]
Makina optiko hegalariek metodoren bat erabili behar dute eremu hurbileko (erresonadoretik hurbil) ebaketatik eremu urruneko (erresonatzailetik urrun) ebaketara aldatzeko habearen luzera kontuan hartzeko.Hori kontrolatzeko ohiko metodoak kolimazioa, optika moldatzailea edo habe-luzera konstantearen ardatza erabiltzea dira.
Bost eta sei ardatzeko makinek eratutako piezak mozteko aukera ere ematen dute.Horrez gain, laser izpia formako pieza batera orientatzeko hainbat metodo daude, fokatze distantzia eta toberen arteko distantzia egokia mantenduz, etab.
Pultsatzen
Epe laburrean potentzia handiko energia-leherketa ematen duten pultsatuko laserrak oso eraginkorrak dira laser-ebaketa-prozesu batzuetan, batez ere zulaketak egiteko, edo oso zulo txikiak edo ebaketa-abiadura oso baxuak behar direnean, laser izpi konstantea erabiliko balitz. beroa ebakitzen den pieza osoa urtzeraino iritsi zitekeen.
Laser industrial gehienek CW (uhin jarraitua) pultsatzeko edo mozteko gaitasuna dute NC (zenbakizko kontrol) programaren kontrolpean.
Pultsu bikoitzeko laserrek pultsu-pare batzuk erabiltzen dituzte materiala kentzeko tasa eta zuloen kalitatea hobetzeko.Funtsean, lehenengo pultsuak gainazaletik materiala kentzen du eta bigarrenak kanporaketa zuloaren edo ebakiaren alboan atxikitzea eragozten du.[18]
Argitalpenaren ordua: 2022-06-16