לייזר שימש לראשונה לחיתוך בשנות השבעים. בקו ייצור תעשייתי מודרני, נעשה שימוש נרחב יותר בחיתוך בלייזר בעיבוד מתכות, פלסטיק, זכוכית, קרמיקה, מוליכים למחצה, טקסטיל, עץ ונייר וחומרים אחרים.
בשנים הקרובות יישום חיתוך בלייזר בתחום עיבוד דיוק ומיקרו-עיבוד יביא לצמיחה משמעותית.
חיתוך בלייזר
כאשר קרן הלייזר הממוקדת פוגעת בחומר העבודה, הטמפרטורה של האזור המוקרן תעלה בחדות כדי להמיס או לאדות את החומר. ברגע שקרן הלייזר חודרת לחומר העבודה מתחיל תהליך החיתוך: קרן הלייזר נעה לאורך קו המתאר תוך כדי המסת החומר. בדרך כלל משתמשים בסילון אוויר כדי לפוצץ את ההיתוך מהחתך, ולהשאיר פער צר בין החלק החתוך למסגרת הלוחית, שהיא רחבה כמעט כמו קרן הלייזר הממוקדת.
חיתוך להבה
חיתוך להבה הוא תהליך סטנדרטי המשמש לחיתוך פלדה עדינה, תוך שימוש בחמצן כגז החיתוך. לחץ על חמצן הוא עד 6 בר ואז מועף לתוך החתך. שם, המתכת המחוממת מגיבה עם חמצן: היא מתחילה להישרף ולהתחמצן. התגובה הכימית משחררת כמות גדולה של אנרגיה (עד פי חמישה מאנרגיית הלייזר) כדי לסייע לקרן הלייזר בחיתוך.
חיתוך היתוך
חיתוך התכה הוא תהליך סטנדרטי נוסף המשמש לחיתוך מתכת. ניתן להשתמש בו גם לחיתוך חומרים מתכלים אחרים, כמו קרמיקה.
חנקן או ארגון משמשים כחיתוך גז, וגז בלחץ של 2-20 בר מועבר דרך החתך. ארגון וחנקן הם גזים אינרטיים, מה שאומר שהם לא מגיבים עם המתכת המותכת בחתך, אלא רק מפוצצים אותם לתחתית. יחד עם זאת, גז אינרטי יכול להגן על חוד החנית מפני חמצון אוויר.
חיתוך אוויר דחוס
ניתן להשתמש באוויר דחוס גם לחיתוך צלחות דקות. די בלחץ אוויר ל-5-6 בר כדי לפוצץ את המתכת המותכת בחתך. מכיוון שכמעט 80% מהאוויר הוא חנקן, חיתוך אוויר דחוס הוא בעצם חיתוך היתוך.
חיתוך בעזרת פלזמה
אם הפרמטרים נבחרים כהלכה, ענני פלזמה יופיעו בחתך ההיתוך והחיתוך בעזרת פלזמה. ענן הפלזמה מורכב מאדי מתכת מיוננים וגז חיתוך מיונן. ענן הפלזמה קולט את האנרגיה של לייזר ה- CO2 והופך אותה לחומר העבודה, כך שצובר יותר אנרגיה לחומר העבודה, והחומר ימס מהר יותר וכתוצאה מכך חיתוך מהיר יותר. לכן תהליך חיתוך זה נקרא גם חיתוך פלזמה במהירות גבוהה.
ענן הפלזמה הוא למעשה שקוף בפני הלייזר המוצק, ולכן ההיתוך והחיתוך בעזרת פלזמה יכול להשתמש רק בלייזר CO2.
חיתוך אידוי
חיתוך אידוי מאדה את החומר, וממזער ככל האפשר את ההשפעה התרמית על החומרים שמסביב. ניתן להשיג את האפקט הנ"ל על ידי שימוש בעיבוד לייזר CO2 רציף לאידוי חומרים בעלי חום נמוך וספיגה גבוהה, כגון סרטי פלסטיק דקים וחומרים בלתי ניתנים למיזוג כגון עץ, נייר וקצף.
לייזרים דופק Ultrashort מאפשרים ליישם טכנולוגיה זו על חומרים אחרים. האלקטרונים החופשיים במתכת סופגים את הלייזר ומתחממים באלימות. דופק הלייזר אינו מגיב עם החלקיקים והפלזמה המותכים, החומר סובלימי ישירות, ואין זמן להעביר אנרגיה לחומרים הסובבים בצורה של חום. כאשר הדופק הפיקוסאקי מחסל את החומר, אין השפעה תרמית ברורה, אין התכה והיווצרות בר.
פרמטרים: התאם את תהליך העיבוד
פרמטרים רבים משפיעים על תהליך חיתוך הלייזר, חלקם תלויים בביצועים הטכניים של הלייזר וכלי המכונה, בעוד שאחרים משתנים.
דרגת קיטוב
מידת הקיטוב מציינת איזה אחוז מאור הלייזר מומר. דרגת הקיטוב האופיינית היא בדרך כלל סביב 90%. זה מספיק לחיתוך באיכות גבוהה.
קוטר המיקוד
קוטר המוקד משפיע על רוחב החתך וניתן לשנות את קוטר המוקד על ידי שינוי אורך המוקד של עדשת המיקוד. קוטר מוקד קטן יותר פירושו חתך צר יותר.
עמדת מיקוד
מיקום המוקד קובע את קוטר הקורה וצפיפות ההספק על גבי משטח העבודה ואת צורת החתך.
כוח לייזר
עוצמת הלייזר צריכה להתאים לסוג העיבוד, לסוג החומר ולעובי. ההספק חייב להיות גבוה מספיק כדי שצפיפות ההספק על היצירה תעבור את סף העיבוד.
מצב הפעלה
המצב הרציף משמש בעיקר לחיתוך קווי מתאר סטנדרטיים של מתכות ופלסטיק מגודל מילימטרים לסנטימטרים. על מנת להמיס את הנקב או לייצר קו מתאר מדויק, משתמשים בלייזר דופק בתדר נמוך.
מהירות חיתוך
כוח הלייזר ומהירות החיתוך חייבים להתאים זה לזה. מהירויות חיתוך מהירות מדי או איטיות מדי יביאו לחספוס מוגבר ולהיווצרות קוצים.
קוטר הזרבובית
קוטר הזרבובית קובע את זרימת הגז המוזרם מהזרבובית וצורתו. ככל שהחומר עבה יותר, כך קוטרו של סילון הגז גדול יותר, ובהתאמה, כך הקוטר של הזרבובית גדול יותר.
טוהר ולחץ הגז
חמצן וחנקן משמשים לעיתים קרובות כחיתוך גזים. טוהר ולחץ האוויר משפיעים על אפקט החיתוך.
כאשר משתמשים בחיתוך להבת חמצן, טוהר הגז צריך להגיע ל -99.95%. ככל שפלטת הפלדה עבה יותר, כך לחץ הגז בה נעשה שימוש נמוך יותר.
בעת שימוש בחנקן לצורך התכה וחיתוך, טוהר הגז צריך להגיע ל 99.995% (באופן אידיאלי 99.999%), ונדרש לחץ אוויר גבוה יותר לצורך התכה וחיתוך לוחות פלדה עבים.
גיליון נתונים טכני
בשלב המוקדם של חיתוך הלייזר, על המשתמשים להחליט בעצמם על קביעת פרמטרי העיבוד באמצעות הפעלת ניסיון. כעת, פרמטרי עיבוד בוגרים מאוחסנים במכשיר הבקרה של מערכת החיתוך. לכל סוג חומר ועובי יש נתונים תואמים. טבלת הפרמטרים הטכניים מאפשרת גם למי שלא מכיר טכנולוגיה זו להפעיל את ציוד חיתוך הלייזר בצורה חלקה.
גורמי הערכת איכות לחיתוך לייזר
ישנם קריטריונים רבים לשיפוט האיכות של קצוות החיתוך בלייזר. ניתן לשפוט בעין בלתי מזוינת סטנדרטים כגון צורת דוחן, דיכאון ודגן. צריך למדוד אנכיות, חספוס ורוחב החיתוך במכשירים מיוחדים. שקיעת חומרים, קורוזיה, אזור מושפע מחום ועיוות הם גם גורמים חשובים למדידת איכות חיתוך הלייזר.
סיכויים רחבים
ההצלחה המתמשכת של חיתוך בלייזר היא מעבר לרוב החברות האחרות. מגמה זו נמשכת גם היום. בעתיד, סיכויי היישום של חיתוך בלייזר יהפכו רחבים יותר ויותר.
חיתוך בלייזר
כאשר קרן הלייזר הממוקדת פוגעת בחומר העבודה, הטמפרטורה של האזור המוקרן תעלה בחדות כדי להמיס או לאדות את החומר. ברגע שקרן הלייזר חודרת לחומר העבודה מתחיל תהליך החיתוך: קרן הלייזר נעה לאורך קו המתאר תוך כדי המסת החומר. בדרך כלל משתמשים בסילון אוויר כדי לפוצץ את ההיתוך מהחתך, ולהשאיר פער צר בין החלק החתוך למסגרת הלוחית, שהיא רחבה כמעט כמו קרן הלייזר הממוקדת.
חיתוך להבה
חיתוך להבה הוא תהליך סטנדרטי המשמש לחיתוך פלדה עדינה, תוך שימוש בחמצן כגז החיתוך. לחץ על חמצן הוא עד 6 בר ואז מועף לתוך החתך. שם, המתכת המחוממת מגיבה עם חמצן: היא מתחילה להישרף ולהתחמצן. התגובה הכימית משחררת כמות גדולה של אנרגיה (עד פי חמישה מאנרגיית הלייזר) כדי לסייע לקרן הלייזר בחיתוך.
חיתוך היתוך
חיתוך התכה הוא תהליך סטנדרטי נוסף המשמש לחיתוך מתכת. ניתן להשתמש בו גם לחיתוך חומרים מתכלים אחרים, כמו קרמיקה.
חנקן או ארגון משמשים כחיתוך גז, וגז בלחץ של 2-20 בר מועבר דרך החתך. ארגון וחנקן הם גזים אינרטיים, מה שאומר שהם לא מגיבים עם המתכת המותכת בחתך, אלא רק מפוצצים אותם לתחתית. יחד עם זאת, גז אינרטי יכול להגן על חוד החנית מפני חמצון אוויר.
חיתוך אוויר דחוס
ניתן להשתמש באוויר דחוס גם לחיתוך צלחות דקות. די בלחץ אוויר ל-5-6 בר כדי לפוצץ את המתכת המותכת בחתך. מכיוון שכמעט 80% מהאוויר הוא חנקן, חיתוך אוויר דחוס הוא בעצם חיתוך היתוך.
חיתוך בעזרת פלזמה
אם הפרמטרים נבחרים כהלכה, ענני פלזמה יופיעו בחתך ההיתוך והחיתוך בעזרת פלזמה. ענן הפלזמה מורכב מאדי מתכת מיוננים וגז חיתוך מיונן. ענן הפלזמה קולט את האנרגיה של לייזר ה- CO2 והופך אותה לחומר העבודה, כך שצובר יותר אנרגיה לחומר העבודה, והחומר ימס מהר יותר וכתוצאה מכך חיתוך מהיר יותר. לכן תהליך חיתוך זה נקרא גם חיתוך פלזמה במהירות גבוהה.
ענן הפלזמה הוא למעשה שקוף בפני הלייזר המוצק, ולכן ההיתוך והחיתוך בעזרת פלזמה יכול להשתמש רק בלייזר CO2.
חיתוך אידוי
חיתוך אידוי מאדה את החומר, וממזער ככל האפשר את ההשפעה התרמית על החומרים שמסביב. ניתן להשיג את האפקט הנ"ל על ידי שימוש בעיבוד לייזר CO2 רציף לאידוי חומרים בעלי חום נמוך וספיגה גבוהה, כגון סרטי פלסטיק דקים וחומרים בלתי ניתנים למיזוג כגון עץ, נייר וקצף.
לייזרים דופק Ultrashort מאפשרים ליישם טכנולוגיה זו על חומרים אחרים. האלקטרונים החופשיים במתכת סופגים את הלייזר ומתחממים באלימות. דופק הלייזר אינו מגיב עם החלקיקים והפלזמה המותכים, החומר סובלימי ישירות, ואין זמן להעביר אנרגיה לחומרים הסובבים בצורה של חום. כאשר הדופק הפיקוסאקי מחסל את החומר, אין השפעה תרמית ברורה, אין התכה והיווצרות בר.
פרמטרים: התאם את תהליך העיבוד
פרמטרים רבים משפיעים על תהליך חיתוך הלייזר, חלקם תלויים בביצועים הטכניים של הלייזר וכלי המכונה, בעוד שאחרים משתנים.
דרגת קיטוב
מידת הקיטוב מציינת איזה אחוז מאור הלייזר מומר. דרגת הקיטוב האופיינית היא בדרך כלל סביב 90%. זה מספיק לחיתוך באיכות גבוהה.
קוטר המיקוד
קוטר המוקד משפיע על רוחב החתך וניתן לשנות את קוטר המוקד על ידי שינוי אורך המוקד של עדשת המיקוד. קוטר מוקד קטן יותר פירושו חתך צר יותר.
עמדת מיקוד
מיקום המוקד קובע את קוטר הקורה וצפיפות ההספק על גבי משטח העבודה ואת צורת החתך.
כוח לייזר
עוצמת הלייזר צריכה להתאים לסוג העיבוד, לסוג החומר ולעובי. ההספק חייב להיות גבוה מספיק כדי שצפיפות ההספק על היצירה תעבור את סף העיבוד.
מצב הפעלה
המצב הרציף משמש בעיקר לחיתוך קווי מתאר סטנדרטיים של מתכות ופלסטיק מגודל מילימטרים לסנטימטרים. על מנת להמיס את הנקב או לייצר קו מתאר מדויק, משתמשים בלייזר דופק בתדר נמוך.
מהירות חיתוך
כוח הלייזר ומהירות החיתוך חייבים להתאים זה לזה. מהירויות חיתוך מהירות מדי או איטיות מדי יביאו לחספוס מוגבר ולהיווצרות קוצים.
קוטר הזרבובית
קוטר הזרבובית קובע את זרימת הגז המוזרם מהזרבובית וצורתו. ככל שהחומר עבה יותר, כך קוטרו של סילון הגז גדול יותר, ובהתאמה, כך הקוטר של הזרבובית גדול יותר.
טוהר ולחץ הגז
חמצן וחנקן משמשים לעיתים קרובות כחיתוך גזים. טוהר ולחץ האוויר משפיעים על אפקט החיתוך.
כאשר משתמשים בחיתוך להבת חמצן, טוהר הגז צריך להגיע ל -99.95%. ככל שפלטת הפלדה עבה יותר, כך לחץ הגז בה נעשה שימוש נמוך יותר.
בעת שימוש בחנקן לצורך התכה וחיתוך, טוהר הגז צריך להגיע ל 99.995% (באופן אידיאלי 99.999%), ונדרש לחץ אוויר גבוה יותר לצורך התכה וחיתוך לוחות פלדה עבים.
גיליון נתונים טכני
בשלב המוקדם של חיתוך הלייזר, על המשתמשים להחליט בעצמם על קביעת פרמטרי העיבוד באמצעות הפעלת ניסיון. כעת, פרמטרי עיבוד בוגרים מאוחסנים במכשיר הבקרה של מערכת החיתוך. לכל סוג חומר ועובי יש נתונים תואמים. טבלת הפרמטרים הטכניים מאפשרת גם למי שלא מכיר טכנולוגיה זו להפעיל את ציוד חיתוך הלייזר בצורה חלקה.
גורמי הערכת איכות לחיתוך לייזר
ישנם קריטריונים רבים לשיפוט האיכות של קצוות החיתוך בלייזר. ניתן לשפוט בעין בלתי מזוינת סטנדרטים כגון צורת דוחן, דיכאון ודגן. צריך למדוד אנכיות, חספוס ורוחב החיתוך במכשירים מיוחדים. שקיעת חומרים, קורוזיה, אזור מושפע מחום ועיוות הם גם גורמים חשובים למדידת איכות חיתוך הלייזר.
סיכויים רחבים
ההצלחה המתמשכת של חיתוך בלייזר היא מעבר לרוב החברות האחרות. מגמה זו נמשכת גם היום. בעתיד, סיכויי היישום של חיתוך בלייזר יהפכו רחבים יותר ויותר.
