Lasers werden in de jaren 70 voor het eerst gebruikt om te bezuinigen. In de moderne industriële productie wordt lasersnijden veel gebruikt bij de verwerking van plaatwerk, kunststof, glas, keramiek, halfgeleiders, textiel, hout en papier.
Ook de toepassing van lasersnijden op het gebied van precisiebewerking en microbewerking zal de komende jaren een flinke groei doormaken.
Laser snijden
Wanneer een gefocusseerde laserstraal op een werkstuk schijnt, warmt het bestraalde gebied enorm op, waardoor het materiaal smelt of verdampt. Zodra de laserstraal het werkstuk binnendringt, begint het snijproces: de laserstraal beweegt langs de contour terwijl het materiaal smelt. Gewoonlijk wordt een luchtstraal gebruikt om de smelt weg te blazen van de kerf, waardoor er een smalle opening overblijft tussen het uitgesneden deel en de plaathouder, bijna net zo breed als de gefocusseerde laserstraal.
Snijbranden
Zuurstofsnijden is een standaardproces voor het snijden van zacht staal met zuurstof als snijgas. Zuurstof onder een druk van maximaal 6 bar wordt in de incisie geblazen. Daar reageert het verwarmde metaal met zuurstof: verbranding en oxidatie beginnen. De chemische reactie geeft een grote hoeveelheid energie vrij (tot vijf keer de kracht van de laser) om de laserstraal te helpen bij het snijden.
afbeelding
Afbeelding 1 De laserstraal smelt het werkstuk en het snijgas blaast het gesmolten materiaal en de slak in de incisie weg
Smelt snijden
Fusiesnijden is een ander standaardproces dat wordt gebruikt bij het snijden van metaal. Kan ook worden gebruikt voor het snijden van andere smeltbare materialen zoals keramiek.
Stikstof of argon wordt gebruikt als snijgas en het gas met een druk van 2-20 bar wordt door de incisie geblazen. Argon en stikstof zijn inerte gassen, wat betekent dat ze niet reageren met het gesmolten metaal in de incisie, maar het gewoon wegblazen naar de bodem. Tegelijkertijd kan het inerte gas de snijkant beschermen tegen oxidatie door lucht.
perslucht snijden
Perslucht kan ook worden gebruikt om dunne platen te snijden. Lucht onder een druk van 5-6 bar is voldoende om gesmolten metaal uit de snede te blazen. Aangezien lucht voor bijna 80 procent uit stikstof bestaat, is persluchtsnijden in feite fusiesnijden.
plasma-ondersteund snijden
Als de parameters correct zijn gekozen, verschijnt er een plasmawolk in de plasma-ondersteunde smelt-snijsnede. De plasmawolk bestaat uit geïoniseerde metaaldamp en geïoniseerd snijgas. De plasmawolk absorbeert de energie van de CO2-laser en brengt deze over in het werkstuk, waardoor er meer energie aan het werkstuk wordt gekoppeld en het materiaal sneller zal smelten met als gevolg een hogere snijsnelheid. Daarom wordt dit snijproces ook wel high-speed plasmasnijden genoemd.
Plasmawolken zijn vrijwel transparant voor vastestoflasers, dus alleen CO2-lasers kunnen worden gebruikt voor plasma-ondersteund smeltsnijden.
afbeelding
vergassing snijden
Vergassingssnijden verdampt het materiaal, waardoor het thermische effect op omringende materialen wordt geminimaliseerd. Dit kan worden bereikt door het verdampen van hittearme, sterk absorberende materialen zoals dunne plastic films en niet-smeltende materialen zoals hout, papier, schuim, enz., met behulp van continue CO2-laserverwerking.
Met ultrakortepulslasers kan deze techniek op andere materialen worden toegepast. Vrije elektronen in het metaal absorberen het laserlicht en worden heftig heet. De laserpulsen reageren niet met de gesmolten deeltjes en het plasma en het materiaal sublimeert direct, waardoor er geen tijd is om energie in de vorm van warmte over te dragen aan omliggende materialen. Picoseconde pulsen ablateren materiaal zonder significante thermische effecten, smelten en braamvorming.
afbeelding
Figuur 3 Vergassingssnijden: De laser verdampt en verbrandt het materiaal. Door de druk van de stoom wordt de slak uit de incisie afgevoerd
Parameters: Aanpassing van het bewerkingsproces
Veel parameters zijn van invloed op het lasersnijproces, waarvan sommige afhankelijk zijn van de technische prestaties van de laser en de werktuigmachine, terwijl andere variëren.
mate van polarisatie
De mate van polarisatie geeft aan welk percentage van het laserlicht wordt omgezet. Een typische mate van polarisatie is ongeveer 90 procent. Dit is meer dan voldoende voor een hoogwaardige snit.
brandpuntsafstand
De brandpuntsdiameter is van invloed op de kerfbreedte en de brandpuntsdiameter kan worden gewijzigd door de brandpuntsafstand van de scherpstelspiegel te wijzigen. Een kleinere brandpuntsdiameter betekent een smallere incisie.
focus positie
De focuspositie bepaalt de straaldiameter en de vermogensdichtheid op het werkstukoppervlak, evenals de vorm van de incisie.
afbeelding
Figuur 4 Focuspositie: in het werkstuk, op het oppervlak van het werkstuk en boven het werkstuk
laser vermogen
Het laservermogen moet passen bij het type bewerking, materiaalsoort en dikte. Het vermogen moet zo hoog zijn dat de vermogensdichtheid op het werkstuk de bewerkingsdrempel overschrijdt.
afbeelding
Afbeelding 5 Hoger laservermogen kan dikkere materialen snijden
Bedrijfsmodus
De continue modus wordt voornamelijk gebruikt voor het snijden van standaardprofielen van metaal en kunststof in millimeters tot centimeters. Om perforaties te smelten of precieze contouren te creëren, worden laagfrequente gepulste lasers gebruikt.
snijsnelheid
Laserkracht en snijsnelheid moeten bij elkaar passen. Te hoge of te lage snijsnelheden leiden tot verhoogde ruwheid en braamvorming.
afbeelding
Figuur 6 De snijsnelheid neemt af naarmate de dikte van de plaat toeneemt
Mondstuk diameter
De diameter van het mondstuk bepaalt het debiet en de vorm van de gasstroom uit het mondstuk. Hoe dikker het materiaal, hoe groter de diameter van de gasstraal en dus ook de diameter van de mondstukopening.
Gaszuiverheid en luchtdruk
Zuurstof en stikstof worden vaak gebruikt als snijgassen. De zuiverheid en druk van het gas hebben invloed op het snijeffect.
Bij het snijden met zuurstofgas is een gaszuiverheid van 99,95 procent vereist. Hoe dikker de staalplaat, hoe lager de gebruikte gasdruk.
Fusiesnijden met stikstof vereist een gaszuiverheid van 99,995 procent (idealiter 99,999 procent), en hogere gasdrukken zijn vereist voor smeltsnijden van dikkere staalplaten.
Technisch gegevensblad
In de begindagen van het lasersnijden moesten gebruikers de instelling van verwerkingsparameters zelf bepalen door middel van proefdraaien. Vaste verwerkingsparameters zijn nu opgeslagen in de besturingseenheid van het snijsysteem. Voor elke materiaalsoort en dikte zijn er bijbehorende gegevens. Het technische gegevensblad zorgt voor een probleemloze werking van lasersnijapparatuur, zelfs voor degenen die niet vertrouwd zijn met deze technologie.
Evaluatiefactoren voor de kwaliteit van lasersnijden
Er zijn veel criteria om de kwaliteit van een lasergesneden rand te beoordelen. Normen zoals braamvorm, depressie en textuur kunnen met het blote oog worden beoordeeld; verticaliteit, ruwheid en insnijdingsbreedte enz. moeten met speciale instrumenten worden gemeten. Materiaalafzetting, corrosie, door hitte beïnvloede zone en vervorming zijn ook belangrijke factoren om de kwaliteit van lasersnijden te meten.
