Analýza výkonu laserového řezání a gravírování
Laserové technologie řezání a gravírování jsou široce využívány v průmyslové výrobě, uměleckém vytváření a elektronice díky své vysoké přesnosti, efektivitě a možnosti bezkontaktního zpracování. Tento dokument poskytuje podrobnou analýzu principů, výkonových parametrů, vlivových faktorů, aplikací a budoucích trendů laserového řezání a gravírování.
Základní principy
1. Laserové řezání
Laserové řezání využívá laserový paprsek s vysokou hustotou energie k roztavení, vypaření nebo zapálení materiálů, zatímco pomocný plyn (např. kyslík, dusík) odvádí roztavené zbytky, čímž umožňuje přesné oddělení materiálu.
2. Laserové gravírování
Laserové gravírování zahrnuje lokální ablativní nebo chemické reakce na povrchu materiálu, které vytvářejí trvalé značky nebo vzory. Na rozdíl od řezání gravírování obvykle neproniká do materiálu, ale mění jeho povrchovou strukturu nebo barvu.
Výkonnostní ukazatele
1. Přesnost
Přesnost polohování: Obvykle ±0,01 mm, u vysoce výkonných systémů dosahuje ±0,005 mm.
Opakovatelnost: Obecně do ±0,02 mm pro souborové zpracování.
Minimální šířka čáry: Závisí na velikosti laserového bodu (10–100 µm); ultrastrmhlavé lasery umožňují gravírování v mikronovém měřítku.
2. Rychlost zpracování
Rychlost řezání: Závisí na tloušťce materiálu a výkonu laseru (např. CO₂ lasery řežou nerezovou ocel 1 mm rychlostí 20 m/min).
Rychlost gravírování: Vektorové gravírování může dosáhnout 1000 mm/s, zatímco rastr gravírování je pomalejší kvůli skenovacím metodám.
3. Slučitelnost s materiály
| Materiál | LaserType | Výkon |
| Kovy (nerezová ocel, Al, Cu) | Vláknový laser, CO₂ vysokého výkonu | Vysoká přesnost řezání, gravírování s podporou oxidace |
| Nekovy (dřevo, akryl, kůže) | CO₂ laser (10,6 µm) | Hladké řezy, detailní gravírování |
| Kompozity (plošné spoje, uhlíková vlákna) | UV laser (355 nm) | Minimální tepelně ovlivněná zóna (HAZ), gravírování s vysokým rozlišením |
4. Kvalita povrchu
Drsnost řezného okraje: Obvykle Ra < 10 µm (u kovů dosahují vláknové lasery Ra < 5 µm).
Řízení hloubky gravírování: Nastavitelné pomocí výkonu a průchodů (přesnost ±0,01 mm).
Klíčové vlivy
1. Parametry laseru
Vlnová délka: UV (355 nm) pro jemné gravírování; CO₂ (10,6 µm) pro nekovy.
Výkon: Vyšší výkon zvyšuje rychlost, ale může způsobit tepelnou deformaci.
Pulzní frekvence (pulzní lasery): Ovlivňuje účinnost a zónu tepelného ovlivnění (HAZ).
2. Optický systém
Fokusovací čočka: Ohnisková vzdálenost určuje velikost skvrny a hloubku ostrosti (krátké ohniskové vzdálenosti zvyšují přesnost).
Kvalita svazku (M²): Téměř difrakčně omezené svazky (M² ≈ 1) poskytují hladší řezy.
3. Optimalizace procesu
Pomocný plyn: Kyslík zvyšuje rychlost (ale oxiduje hrany); dusík zajišťuje čisté řezy.
Strategie skenování: Rastrování pro gravírování rozsáhlých ploch; vektorování pro obrysy.
Použití
1. Průmyslové výroba
Plošné součástky: Stříhání automobilových/leteckých komponent.
Elektronika: Stříhání FPC (flexibilních plošných spojů), mikrovrtání PCB.
2. Tvořivost a personalizace
Umění: Vytesávání do dřeva/akrylu, značení na kůži.
3D reliéf: Grayscale vytesávání pro efekty hloubky.
3. Lékařství a výzkum
Chirurgické nástroje: Přesné stříhání nástrojů z nerezové oceli.
Mikroobrábění: Ultrarychlé (femtosekundové/pikosekundové) lasery pro mikrostruktury.
Budoucí trendy
1. Vyšší výkon a účinnost: Zpracování více paprsky pro zvýšení propustnosti.
2. Chytrá automatizace: Optimalizace parametrů řízená umělou inteligencí.
3. Zelené lasery: Energeticky úsporné vláknové lasery.
4. Rozšíření ultrafast laserů: Rozvoj v oblasti medicíny a polovodičů.
Závěr
Laserové řezání a gravírování nabízí nepřekonatelnou přesnost a všestrannost, čímž se stávají nepostradatelnými v moderní výrobě. Pokroky v oblasti laserových zdrojů, automatizace a řízení procesů dále posílí jejich výkon a uplatnění.
