El làser es va utilitzar per primera vegada per tallar als anys setanta. A la moderna línia de producció industrial, el tall per làser s’utilitza més àmpliament en la transformació de xapes, plàstics, vidre, ceràmica, semiconductors, tèxtils, processament de fusta i paper i altres materials.
En els propers anys, l’aplicació del tall per làser en el camp del mecanitzat de precisió i el micromecanitzat també aconseguirà un creixement substancial.
Tall per làser
Quan el feix làser focalitzat colpeja la peça de treball, la temperatura de la zona irradiada augmentarà bruscament per fondre o vaporitzar el material. Una vegada que el feix làser penetra a la peça de treball, comença el procés de tall: el feix làser es mou al llarg de la línia de contorn mentre es fon el material. Normalment s’utilitza un raig d’aire per fer desaparèixer la fosa de la incisió, deixant un estret buit entre la part tallada i el marc de la placa, que és gairebé tan ampla com el feix làser focalitzat.
Tall de flama
El tall per flama és un procés estàndard que s’utilitza quan es talla acer suau, utilitzant oxigen com a gas de tall. L’oxigen es pressuritza fins a 6 bar i després s’inclou a la incisió. Allà, el metall escalfat reacciona amb l’oxigen: comença a cremar-se i a oxidar-se. La reacció química allibera una gran quantitat d'energia (fins a cinc vegades l'energia del làser) per ajudar al tall del feix làser.
Tall per fusió
El tall per fosa és un altre procés estàndard que s’utilitza per tallar metall. També es pot utilitzar per tallar altres materials fusibles, com ara ceràmica.
El nitrogen o l’argó s’utilitza com a gas de tall i el gas amb una pressió de 2-20 bar es bufa a través de la incisió. L’argó i el nitrogen són gasos inerts, cosa que significa que no reaccionen amb el metall fos de la incisió, sinó que només els fan explotar fins al fons. Al mateix temps, el gas inert pot protegir l’avantguarda de l’oxidació de l’aire.
Tall d'aire comprimit
També es pot utilitzar aire comprimit per tallar plaques fines. La pressió de l’aire a 5-6 bar és suficient per fer volar el metall fos de la incisió. Com que gairebé el 80% de l'aire és nitrogen, el tall d'aire comprimit és bàsicament un tall de fusió.
Tall assistit per plasma
Si els paràmetres estan seleccionats correctament, apareixeran núvols de plasma a la incisió de fusió i tall assistit per plasma. El núvol de plasma es compon de vapor de metall ionitzat i gas de tall ionitzat. El núvol de plasma absorbeix l’energia del làser de CO2 i la transforma en la peça de treball, de manera que s’uneix més energia a la peça de treball i el material es fongui més ràpidament, donant lloc a un tall més ràpid. Per tant, aquest procés de tall també s’anomena tall de plasma d’alta velocitat.
El núvol de plasma és realment transparent al làser sòlid, de manera que la fusió i el tall assistits per plasma només poden utilitzar làser de CO2.
Tall per vaporització
El tall per vaporització evapora el material, minimitzant al màxim l’efecte tèrmic sobre els materials circumdants. L'efecte anterior es pot aconseguir utilitzant un processament làser de CO2 continu per evaporar materials amb poca calor i alta absorció, com pel·lícules fines de plàstic i materials infusibles com fusta, paper i escuma.
Els làsers d’impulsos ultracurts permeten aplicar aquesta tecnologia a altres materials. Els electrons lliures del metall absorbeixen el làser i s’escalfen violentament. El pols làser no reacciona amb les partícules foses i el plasma, el material se sublima directament i no hi ha temps per transferir energia als materials circumdants en forma de calor. Quan el pols de picosegons aula el material, no es produeix cap efecte tèrmic evident, no es produeixi fusió ni formació de rebaves.
Paràmetres: ajustar el procés de processament
Molts paràmetres afecten el procés de tall per làser, alguns depenen del rendiment tècnic del làser i de la màquina-eina, mentre que d'altres són variables.
Grau de polarització
El grau de polarització indica quin percentatge de la llum làser es converteix. El grau típic de polarització se situa generalment al voltant del 90%. Això és suficient per a un tall d'alta qualitat.
Diàmetre d'enfocament
El diàmetre focal afecta l’amplada de la incisió i el diàmetre focal es pot canviar canviant la distància focal de la lent de focus. Un diàmetre focal més petit significa una incisió més estreta.
Posició de focus
La posició focal determina el diàmetre del feix i la densitat de potència a la superfície de la peça i la forma de la incisió.
Potència làser
La potència del làser ha de coincidir amb el tipus de processament, el tipus de material i el gruix. La potència ha de ser prou elevada perquè la densitat de potència de la peça superi el llindar de processament.
Mode de funcionament
El mode continu s’utilitza principalment per tallar contorns estàndard de metalls i plàstics de mil·límetres a centímetres. Per fondre la perforació o produir un contorn precís, s’utilitza un làser polsat de baixa freqüència.
Velocitat de tall
La potència del làser i la velocitat de tall han de coincidir. Les velocitats de tall massa ràpides o massa ràpides provocaran una major rugositat i formació de rebaves.
Diàmetre del broquet
El diàmetre del broquet determina el flux i la forma del gas que surt del broquet. Com més gruixut sigui el material, més gran serà el diàmetre del raig de gas i, en conseqüència, més gran serà el diàmetre del broquet.
Puresa i pressió del gas
L’oxigen i el nitrogen s’utilitzen sovint com a gasos de tall. La puresa i la pressió de l’aire afecten l’efecte de tall.
Quan s’utilitza tall de flama d’oxigen, la puresa del gas ha d’arribar al 99,95%. Com més gruixuda sigui la placa d’acer, més baixa serà la pressió de gas utilitzada.
Quan s’utilitza nitrogen per fondre i tallar, la puresa del gas ha d’arribar al 99,995% (idealment al 99,999%) i es requereix una pressió d’aire més alta per fondre i tallar plaques d’acer gruixudes.
Fulla de dades tècniques
En la fase inicial del tall per làser, els usuaris han de decidir la configuració dels paràmetres de processament per si mateixos mitjançant l'operació de prova. Ara, els paràmetres de processament madurs s’emmagatzemen al dispositiu de control del sistema de tall. Hi ha dades corresponents per a cada tipus i gruix de material. La taula de paràmetres tècnics permet que fins i tot aquells que no estiguin familiaritzats amb aquesta tecnologia puguin operar sense problemes l’equip de tall per làser.
Factors d’avaluació de la qualitat del tall per làser
Hi ha molts criteris per valorar la qualitat de les vores tallades amb làser. Estàndards com la forma de rebaves, la depressió i el gra es poden jutjar a simple vista; la verticalitat, la rugositat i l’amplada de tall s’han de mesurar amb instruments especials. La deposició de materials, la corrosió, la zona afectada per la calor i la deformació també són factors importants per mesurar la qualitat del tall amb làser.
Àmplies perspectives
L’èxit continuat del tall amb làser està més enllà de la majoria d’altres empreses. Aquesta tendència continua avui. En el futur, les perspectives d'aplicació del tall amb làser seran cada vegada més àmplies.
Tall per làser
Quan el feix làser focalitzat colpeja la peça de treball, la temperatura de la zona irradiada augmentarà bruscament per fondre o vaporitzar el material. Una vegada que el feix làser penetra a la peça de treball, comença el procés de tall: el feix làser es mou al llarg de la línia de contorn mentre es fon el material. Normalment s’utilitza un raig d’aire per fer desaparèixer la fosa de la incisió, deixant un estret buit entre la part tallada i el marc de la placa, que és gairebé tan ampla com el feix làser focalitzat.
Tall de flama
El tall per flama és un procés estàndard que s’utilitza quan es talla acer suau, utilitzant oxigen com a gas de tall. L’oxigen es pressuritza fins a 6 bar i després s’inclou a la incisió. Allà, el metall escalfat reacciona amb l’oxigen: comença a cremar-se i a oxidar-se. La reacció química allibera una gran quantitat d'energia (fins a cinc vegades l'energia del làser) per ajudar al tall del feix làser.
Tall per fusió
El tall per fosa és un altre procés estàndard que s’utilitza per tallar metall. També es pot utilitzar per tallar altres materials fusibles, com ara ceràmica.
El nitrogen o l’argó s’utilitza com a gas de tall i el gas amb una pressió de 2-20 bar es bufa a través de la incisió. L’argó i el nitrogen són gasos inerts, cosa que significa que no reaccionen amb el metall fos de la incisió, sinó que només els fan explotar fins al fons. Al mateix temps, el gas inert pot protegir l’avantguarda de l’oxidació de l’aire.
Tall d'aire comprimit
També es pot utilitzar aire comprimit per tallar plaques fines. La pressió de l’aire a 5-6 bar és suficient per fer volar el metall fos de la incisió. Com que gairebé el 80% de l'aire és nitrogen, el tall d'aire comprimit és bàsicament un tall de fusió.
Tall assistit per plasma
Si els paràmetres estan seleccionats correctament, apareixeran núvols de plasma a la incisió de fusió i tall assistit per plasma. El núvol de plasma es compon de vapor de metall ionitzat i gas de tall ionitzat. El núvol de plasma absorbeix l’energia del làser de CO2 i la transforma en la peça de treball, de manera que s’uneix més energia a la peça de treball i el material es fongui més ràpidament, donant lloc a un tall més ràpid. Per tant, aquest procés de tall també s’anomena tall de plasma d’alta velocitat.
El núvol de plasma és realment transparent al làser sòlid, de manera que la fusió i el tall assistits per plasma només poden utilitzar làser de CO2.
Tall per vaporització
El tall per vaporització evapora el material, minimitzant al màxim l’efecte tèrmic sobre els materials circumdants. L'efecte anterior es pot aconseguir utilitzant un processament làser de CO2 continu per evaporar materials amb poca calor i alta absorció, com pel·lícules fines de plàstic i materials infusibles com fusta, paper i escuma.
Els làsers d’impulsos ultracurts permeten aplicar aquesta tecnologia a altres materials. Els electrons lliures del metall absorbeixen el làser i s’escalfen violentament. El pols làser no reacciona amb les partícules foses i el plasma, el material se sublima directament i no hi ha temps per transferir energia als materials circumdants en forma de calor. Quan el pols de picosegons aula el material, no es produeix cap efecte tèrmic evident, no es produeixi fusió ni formació de rebaves.
Paràmetres: ajustar el procés de processament
Molts paràmetres afecten el procés de tall per làser, alguns depenen del rendiment tècnic del làser i de la màquina-eina, mentre que d'altres són variables.
Grau de polarització
El grau de polarització indica quin percentatge de la llum làser es converteix. El grau típic de polarització se situa generalment al voltant del 90%. Això és suficient per a un tall d'alta qualitat.
Diàmetre d'enfocament
El diàmetre focal afecta l’amplada de la incisió i el diàmetre focal es pot canviar canviant la distància focal de la lent de focus. Un diàmetre focal més petit significa una incisió més estreta.
Posició de focus
La posició focal determina el diàmetre del feix i la densitat de potència a la superfície de la peça i la forma de la incisió.
Potència làser
La potència del làser ha de coincidir amb el tipus de processament, el tipus de material i el gruix. La potència ha de ser prou elevada perquè la densitat de potència de la peça superi el llindar de processament.
Mode de funcionament
El mode continu s’utilitza principalment per tallar contorns estàndard de metalls i plàstics de mil·límetres a centímetres. Per fondre la perforació o produir un contorn precís, s’utilitza un làser polsat de baixa freqüència.
Velocitat de tall
La potència del làser i la velocitat de tall han de coincidir. Les velocitats de tall massa ràpides o massa ràpides provocaran una major rugositat i formació de rebaves.
Diàmetre del broquet
El diàmetre del broquet determina el flux i la forma del gas que surt del broquet. Com més gruixut sigui el material, més gran serà el diàmetre del raig de gas i, en conseqüència, més gran serà el diàmetre del broquet.
Puresa i pressió del gas
L’oxigen i el nitrogen s’utilitzen sovint com a gasos de tall. La puresa i la pressió de l’aire afecten l’efecte de tall.
Quan s’utilitza tall de flama d’oxigen, la puresa del gas ha d’arribar al 99,95%. Com més gruixuda sigui la placa d’acer, més baixa serà la pressió de gas utilitzada.
Quan s’utilitza nitrogen per fondre i tallar, la puresa del gas ha d’arribar al 99,995% (idealment al 99,999%) i es requereix una pressió d’aire més alta per fondre i tallar plaques d’acer gruixudes.
Fulla de dades tècniques
En la fase inicial del tall per làser, els usuaris han de decidir la configuració dels paràmetres de processament per si mateixos mitjançant l'operació de prova. Ara, els paràmetres de processament madurs s’emmagatzemen al dispositiu de control del sistema de tall. Hi ha dades corresponents per a cada tipus i gruix de material. La taula de paràmetres tècnics permet que fins i tot aquells que no estiguin familiaritzats amb aquesta tecnologia puguin operar sense problemes l’equip de tall per làser.
Factors d’avaluació de la qualitat del tall per làser
Hi ha molts criteris per valorar la qualitat de les vores tallades amb làser. Estàndards com la forma de rebaves, la depressió i el gra es poden jutjar a simple vista; la verticalitat, la rugositat i l’amplada de tall s’han de mesurar amb instruments especials. La deposició de materials, la corrosió, la zona afectada per la calor i la deformació també són factors importants per mesurar la qualitat del tall amb làser.
Àmplies perspectives
L’èxit continuat del tall amb làser està més enllà de la majoria d’altres empreses. Aquesta tendència continua avui. En el futur, les perspectives d'aplicació del tall amb làser seran cada vegada més àmplies.
