חיתוך בלייזר הוא תהליך ייצור מדויק ויעיל המשתמש בקרן אור בלתי נראית לחתוך חומרים, המציע יתרונות רבים על פני שיטות חיתוך מכניות מסורתיות. עם הדיוק הגבוה, מהירות החיתוך המהירה והיכולת לחתוך צורות מורכבות, חיתוך לייזר מחליף בהדרגה את טכניקות חיתוך מתכת מסורתיות.
-
הרכב ציוד חיתוך בלייזר
מכונת חיתוך לייזר מורכבת ממספר מרכיבים מרכזיים, לרבות מחולל הלייזר, מערכת העברת קרן, מערכת תנועה בקרה מספרית, ראש חיתוך מיקוד אוטומטי, שולחן עבודה ומערכת אספקת גז בלחץ גבוה. פרמטרים שונים משפיעים על תהליך חיתוך הלייזר, חלקם תלויים בביצועים הטכניים של מחולל הלייזר והמכונה, בעוד שאחרים משתנים.
-
פרמטרים מרכזיים של חיתוך בלייזר
כדי להשיג תוצאות חיתוך אופטימליות, חיוני להבין את הפרמטרים המרכזיים הבאים:
1. מצב קרן
מצב האלומה, המכונה גם מצב גאוס, הוא המצב האידיאלי לחיתוך, שנמצא בדרך כלל במחוללי לייזר בעלי הספק נמוך (<1 kW). Multi-mode, a mixture of high-order modes, has lower cutting ability and focusability compared to single-mode lasers.
| שולחן. 1 פרמטרים של תהליך חיתוך לייזר במצב יחיד של חומרים נפוצים | |||||
| חוֹמֶר | עובי (מ"מ) | גז עזר | מהירות חיתוך (ס"מ/דקה) | רוחב חריץ (מ"מ) | כוח לייזר (w) |
| פלדה נמוכת פחמן | 3 | O2 | 60 | 0.2 | 250 |
| מחבת אל חלד | 1 | O2 | 150 | 0.1 | 250 |
| סגסוגת טיטניום | 10(40) | O2 | 280(50) | 1.50(3.5) | 250 |
| זכוכית שקופה אורגנית | 10 | N2 | 80 | 0.7 | 250 |
| אלומינה | 1 | O2 | 300 | 0.1 | 250 |
| שטיח פוליאסטר | 10 | N2 | 260 | 0.5 | 250 |
| בד כותנה (רב שכבות) | 15 | N2 | 90 | 0.5 | 250 |
| קַרטוֹן | 0.5 | N2 | 300 | 0.4 | 250 |
| קרטון גלי | 8 | N2 | 300 | 0.4 | 250 |
| זכוכית קוורץ | 1.9 | O2 | 60 | 0.2 | 250 |
| פוליפרופילן | 5.5 | N2 | 70 | 0.5 | 250 |
| פוליסטירן | 3.2 | N2 | 420 | 0.4 | 250 |
| פוליוויניל כלוריד קשה | 7 | N2 | 120 | 0.5 | 250 |
| פלסטיק מחוזק בסיבים | 3 | N2 | 60 | 0.3 | 250 |
| עץ (דיקט) | 18 | N2 | 20 | 0.7 | 250 |
| פלדה נמוכת פחמן | 1 | N2 | 450 | 中 | 500 |
| 3 | N2 | 150 | --- | 500 | |
| 6 | N2 | 50 | 0.15 | 500 | |
| 1.2 | O2 | 600 | 0.15 | 500 | |
| 2 | O2 | 400 | 0.20 | 500 | |
| 3 | O2 | 250 | --- | 500 | |
| פלדת אל - חלד | 1 | O2 | 300 | --- | 500 |
| 3 | O2 | 120 | --- | 500 | |
| דִיקְט | 18 | N2 | 350 | --- | 500 |
| שולחן. 2 פרמטרי חיתוך לייזר רב מצבים של חומרים נפוצים | ||||
| חומרים | עובי צלחת (מ"מ) | מהירות חיתוך (ס"מ/דקה) | רוחב חריץ (מ"מ) | הספק לייזר (קוואט) |
| אֲלוּמִינְיוּם | 12 | 230 | 1 | 15 |
| פלדת פחמן | 6 | 230 | 1 | 15 |
| נירוסטה (0Cr18Ni9) | 4.6 | 130 | 2 | 20 |
| קומפוזיט בורון/אפוקסי | 8 | 165 | 1 | 15 |
| סיבים/אפוקסי מרוכבים | 12 | 460 | 0.6 | 20 |
| דִיקְט | 25.4 | 150 | 1.5 | 8 |
| פרספקס | 25.4 | 150 | 1.5 | 8 |
| זכוכית | 9.4 | 150 | 1 | 20 |
| בֵּטוֹן | 38 | 5 | 6 | 8 |
2. כוח לייזר
עוצמת הלייזר הנדרשת תלויה בחומר הנחתך, בעובי החומר ובדרישות מהירות החיתוך. כוח הלייזר משפיע באופן משמעותי על עובי החיתוך, מהירותו ורוחב החתך. בדרך כלל, הגדלת עוצמת הלייזר מאפשרת לחתוך חומרים עבים יותר, מהירויות חיתוך מהירות יותר ורוחב עצים רחבים יותר.
3. מיקום פוקוס
לעמדת המיקוד יש השפעה משמעותית על רוחב המטפס. בדרך כלל, הפוקוס מוגדר בערך 1/3 מעובי החומר מתחת לפני השטח, וכתוצאה מכך עומק החיתוך המרבי ורוחב החתך המינימלי.
4. אורך מוקד
בעת חיתוך לוחות פלדה עבים, מומלץ אורך מוקד ארוך יותר להשגת משטח חיתוך אנכי ואיכותי. אורך מוקד ארוך יותר מביא לקוטר אלומה גדול יותר, הפחתת צפיפות ההספק ומהירות החיתוך. כדי לשמור על מהירות חיתוך עקבית, יש צורך להגדיל את כוח הלייזר. לחיתוך פלטות דקות, עדיף אורך מוקד קצר יותר, וכתוצאה מכך קוטר קרן קטן יותר, צפיפות הספק גבוהה יותר ומהירות חיתוך מהירה יותר.
5. גז מסייע
החמצן משמש בדרך כלל כגז המסייע בעת חיתוך פלדה דלת פחמן, מכיוון שהוא מנצל את תגובת הבעירה של ברזל-חמצן כדי לשפר את תהליך החיתוך, וכתוצאה מכך מהירויות חיתוך מהירות יותר וחיתוכים באיכות גבוהה. לחץ הגז המסייע משפיע על תהליך החיתוך, כאשר לחצים גבוהים יותר מגבירים את האנרגיה הקינטית ויכולות הסרת הסיגים.
6. מבנה הזרבובית
מבנה הזרבובית וגודל הפתח משפיעים גם על איכות ויעילות חיתוך הלייזר. דרישות חיתוך שונות מחייבות שימוש בחרירים שונים. צורות זרבובית נפוצות כוללות צורות מעגליות, חרוטיות ומלבניות. חיתוך לייזר מפעיל בדרך כלל נשיפה קואקסיאלית (זרימת גז וציר האור מיושר), ושליטה על המרחק בין יציאת הזרבובית למשטח העבודה ({{0}}.5-2.0 מ"מ) מבטיחה חיתוך יציב תהליך.
| שולחן. 3 דוגמאות לפרמטרים של תהליך חיתוך בלייזר של חומרי מתכת נפוצים |
||||
| חוֹמֶר | עובי מ"מ | גז עזר | מהירות חיתוך ס"מ/דקה | כוח לייזר קילוואט |
| פלדה נמוכת פחמן | 1 | O2 | 900 | 1000 |
| 1.5 | 300 | 300 | ||
| 3 | 200 | 300 | ||
| 6 | 100 | 1000 | ||
| 16.2 | 114 | 4000 | ||
| 35 | 50 | 4000 | ||
| 30CrMnSi | 1 | 200 | 500 | |
| 3 | 120 | 500 | ||
| 6 | 50 | 500 | ||
| פלדת אל - חלד | 0.5 | 450 | 250 | |
| 1 | 800 | 1000 | ||
| 1.6 | 456 | 1000 | ||
| 3.2 | 180 | 500 | ||
| 4.8 | 400 | 2000 | ||
| 6 | 80 | 1000 | ||
| 6.3 | 150 | 2000 | ||
| 12 | 40 | 2000 | ||
| סגסוגת טיטניום | 3 | 1300 | 250 | |
| 8 | 300 | 250 | ||
| 10 | 280 | 250 | ||
| 40 | 50 | 250 | ||
