חיתוך בלייזר וסוגים אחרים של חיתוך תרמי

מהו חיתוך לייזר

שימוש בקרן לייזר בצפיפות הספק גבוהה כדי להקרין את החומר לחיתוך, כך שהחומר יתחמם במהירות לטמפרטורת האידוי, אידוי של היווצרות חורים, עם תנועת הקרן על החומר, החורים נוצרים ללא הרף ברוחב צר (כגון 0.1 מ"מ לערך) של חריץ החומר, להשלמת החיתוך.

תהליך חיתוך בלייזר

חיתוך להבה

חיתוך להבה הוא תהליך סטנדרטי המשמש לחיתוך פלדה עדינה, תוך שימוש בחמצן כגז החיתוך. החמצן מופעל בלחץ של עד 6 בר ונושף לתוך החתך. שם, המתכת המחוממת מגיבה עם החמצן: בעירה וחמצון מתחילים. התגובה הכימית משחררת כמות גדולה של אנרגיה (עד פי חמישה מהאנרגיה של הלייזר) כדי לסייע לקרן הלייזר בחיתוך.

חיתוך גיזוז

חיתוך גיזוז מאדה את החומר, וממזער את ההשפעה של השפעות תרמיות על החומר שמסביב. ניתן להשיג זאת על ידי שימוש בלייזר CO2 מתמשך לאידוי-חום נמוך, חומרי ספיגה-גבוהים כגון סרטי פלסטיק דקים וחומרים שאינם-מתמוססים כגון עץ, נייר וקצף.
לייזרים דופק אולטרה קצר מאפשרים ליישם את הטכנולוגיה הזו על חומרים אחרים. האלקטרונים החופשיים במתכת סופגים את הלייזר ומתחממים בצורה דרמטית. דופק הלייזר אינו מגיב עם החלקיקים המותכים והפלזמה, החומר עובר סובלימציה ישירות ואין זמן להעברת האנרגיה לחומר שמסביב בצורה של חום. פעימות פיקו-שניות מבטלות את החומר ללא השפעה תרמית נראית לעין, ללא התכה וללא היווצרות קוצים.

חיתוך נמס

חיתוך נמס הוא תהליך סטנדרטי נוסף המשמש בעת חיתוך מתכות. זה יכול לשמש גם לחיתוך חומרים מתיכים אחרים כגון קרמיקה. חנקן או ארגון משמשים כגז החיתוך, ולחץ גז של 2-20 בר נשף דרך החריף. ארגון וחנקן הם גזים אינרטיים, מה שאומר שהם לא מגיבים עם המתכת המותכת שבפרץ, אלא פשוט מפוצצים אותה לכיוון התחתית. במקביל, הגזים האינרטיים מגנים על קצה החתך מפני חמצון אוויר.

חיתוך אוויר דחוס
ניתן להשתמש באוויר דחוס גם לחיתוך צלחות דקות. אוויר בלחץ של 5-6 בר מספיק כדי לפוצץ את המתכת המותכת בחתך. מכיוון שכמעט 80% מהאוויר הוא חנקן, חיתוך אוויר דחוס הוא למעשה חתך נמס.

חיתוך-בעזרת פלזמה

אם הפרמטרים נבחרים כראוי, ענן פלזמה יופיע במפרץ חיתוך נמס בסיוע פלזמה-. ענן הפלזמה מורכב מאדי מתכת מיוננים וגז חיתוך מיונן. ענן הפלזמה סופג את האנרגיה של לייזר CO2 וממיר אותה לחומר העבודה כך שיותר אנרגיה מחוברת לחומר העבודה והחומר יימס מהר יותר, וכתוצאה מכך מהירות חיתוך מהירה יותר. מסיבה זו, תהליך חיתוך זה נקרא גם חיתוך פלזמה במהירות גבוהה-.
ענן הפלזמה הוא למעשה שקוף ביחס ללייזרים במצב מוצק-, ולכן חיתוך התכה בסיוע פלזמה יכול להיעשות רק עם לייזר CO2.

מאפייני חיתוך בלייזר

חיתוך בלייזר, בהשוואה לשיטות חיתוך תרמי אחרות, מאופיין בדרך כלל במהירות חיתוך מהירה ואיכות גבוהה. מסוכם באופן ספציפי בהיבטים הבאים.

(1) איכות חיתוך טובה: בשל נקודת הלייזר הקטנה, צפיפות אנרגיה גבוהה, מהירות חיתוך, כך שחיתוך הלייזר יכול לקבל איכות חיתוך טובה יותר. ① משטח חיתוך לייזר עדין וצר, שני הצדדים של החריץ מקבילים ומאונכים לפני השטח, הדיוק הממדים של החלקים החתוכים יכול להגיע ל-0.05 מ"מ ±. ② משטח החיתוך נקי ויפה, חספוס פני השטח הוא רק כמה עשרות מיקרונים, ואפילו חיתוך לייזר יכול לשמש כתהליך האחרון, ללא עיבוד מכני, ניתן להשתמש בחלקים ישירות. (③ חומר לאחר חיתוך לייזר, רוחב האזור המושפע בחום קטן מאוד, גם ביצועי החומר ליד החריץ כמעט ואינם מושפעים, ועיוות היצירה קטן, דיוק חיתוך גבוה, הגיאומטריה של החריץ טובה, צורת החתך הצולבת- מציגה צורה מלבנית קבועה יותר.

(2) יעילות חיתוך גבוהה: בשל מאפייני השידור של הלייזר, מכונת חיתוך לייזר מצוידת בדרך כלל במספר תחנות עבודה CNC, כל תהליך החיתוך יכול להתממש במלואו CNC. תפעול, רק צריך לשנות את תוכנית ה-CNC, יכול להיות מיושם על צורות שונות של חיתוך חלקים, גם חיתוך דו-מימדי, אבל גם כדי להשיג חיתוך תלת-מימדי.

(3) מהירות חיתוך: עם הספק של 1200W חיתוך לייזר צלחת פלדה קלה בעובי 2 מ"מ, מהירות חיתוך של עד 600 ס"מ לדקה; חיתוך צלחת שרף פוליפרופילן בעובי 5 מ"מ, מהירות חיתוך של עד 1200 ס"מ לדקה. חומרים בחיתוך הלייזר אין צורך להדק ולתקן, גם כדי לחסוך את מלחצי הכלים, אבל גם חוסך את זמן העזר של החומרים העליונים והתחתונים.

(4) חיתוך ללא-מגע: לפיד חיתוך בלייזר וחומר עבודה ללא מגע, אין בלאי של הכלים. עיבוד של צורות שונות של חלקים, לא צריך לשנות את "הכלי", רק צריך לשנות את פרמטרי הפלט של הלייזר. תהליך חיתוך בלייזר הוא רעש נמוך, רטט נמוך, ללא זיהום.

(5) חיתוך מגוון חומרים: חומרי מתכת מרוכבים, עור, עץ וסיבים. אבל עבור חומרים שונים, בשל התכונות התרמופיזיקליות שלהם ושיעורי ספיגה שונים של הלייזר, ביצועים