Laserová technologie

Punching? Představte si použití výkonné raznítky k vysekávání tvarů z kovu.

Laserové řezání? Využívá vysoce přesný svazek světla k proříznutí kovu s mimořádnou přesností. Volba správné metody řezání je pro vaši firmu rozhodující.

Co je to punching?

Punching používá řízenou mechanickou sílu k odstraňování materiálu z plechu. Puncovací lisy pohánějí kalenou ocelovou razník, který rychle proniká obrobkem. Tento proces může během několika sekund čistě vytvářet díry, drážky a složité tvary.

Moderní puncovací lisy využívají hydraulické nebo mechanické systémy. Horní razník (punch) se pohybuje dolů skrz materiál, zatímco spodní razník (dies block) podporuje obrobek. Oddělení materiálu nastává, když razník pronikne přibližně o 30 % až 40 % tloušťky plechu.

Puncovací lisy jsou k dispozici v různých konfiguracích, od jednoduchých jednostaničních zařízení po složité věžové systémy. Věžové lisy mohou automaticky otáčet více nástroji, což umožňuje rychlé vytváření vzorů bez manuální výměny razníků. CNC řídicí systémy přesně umisťují obrobek, čímž zajišťují opakovatelnou přesnost.

Jak funguje puncování?

Proces pěchování systematicky odstraňuje materiál pomocí stříhacího systému. Operátor umístí plech na lisovací desku a zarovná jej podle vodícího systému. Pěch se pohybuje dolů kontrolovanou rychlostí, obvykle mezi 100 až 500 zdvihy za minutu.

Proces pěchování probíhá ve třech samostatných fázích:

Fáze pronikání: Pěch se dotkne materiálu a začne do něj vstupovat.

Fáze stříhání: Materiál praskne, když pěch dosáhne kritické hloubky.

Fáze vyhazování: Pěch se vysune zpět, zatímco vyhazovací deska zabraňuje přichycení materiálu.

Výběr nástroje určuje kvalitu díry a efektivitu výroby. Dobře udržované, ostré nástroje vytvářejí čisté díry s minimálním množstvím otřepů. Vůle mezi pěchem a destičkou (mezera mezi pěchem a razníkem) by měla odpovídat tloušťce a typu materiálu pro optimální výsledky.

Jaké jsou výhody pěchování?

Pěchování nabízí mnoho výhod, což ho činí nejlepší volbou pro určité obráběcí úkoly. Mezi klíčové výhody patří:

• Vysoká rychlost: Moderní děrovací lisy, jako jsou věžové děrovací lisy, dokážou zpracovat 500 až 1000 otvorů za minutu – výrazně rychleji než laserové řezání – což umožňuje rychlou výrobu velkého množství dílů.

• Nákladová efektivita při vysokých objemech: Děrování je velmi nákladově efektivní pro velké sériové výroby. Po počátečních nákladech na nástroje jsou náklady na jednotlivý díl velmi nízké. Odstraňuje se pouze nutné množství kovu, čímž se minimalizuje odpad materiálu.

• Univerzalita tváření: Děrování není omezeno pouze na vytváření otvorů. Může také vytvářet prohlubně, žaluzie, reliéfní prvky a další tvářené prvky jediným krokem. Některé nástroje mohou provádět více akcí současně, čímž se snižuje doba zpracování.

• Konzistence a opakovatelnost: Každý díl je identický. Vzhledem k tomu, že se používá mechanická síla bez generování tepla, nedochází k tepelným změnám vnitřní struktury kovu. Lze snadno udržet geometrii dílu v toleranci ±0,002 palce.

Jaké jsou nevýhody děrování?

Přestože má stříhání mnoho výhod, je třeba vzít v úvahu i jeho určitá omezení:

• Vysoké počáteční náklady na nástroje: Nástroje pro stříhání mohou být drahé. Cena speciálních raznic pro konkrétné tvary se pohybuje mezi 500 a 5000 USD, v závislosti na velikosti a složitosti. U malých sérií je obtížné tyto vysoké náklady dohnat.

• Omezení materiálu: Stříhání není vhodné pro všechny materiály. Obvykle zvládá plechy o tloušťce mezi 0,010 palce a 0,500 palce, v závislosti na tvrdosti kovu. Velmi tvrdé kovy mohou vyžadovat speciální zařízení nebo alternativní metody řezání.

• Variabilita kvality hran: Hrany razovaného kovu nejsou vždy hladké. Konečný výsledek závisí na typu kovu a stavu nástroje. Některé kovy mohou mít drsné nebo prasklé okraje, což může vyžadovat dodatečné operace, jako je odstraňování otřepů.

• Geometrická omezení: Stříhání má omezení velikosti. Velmi malé díry ve vztahu k tloušťce materiálu nejsou proveditelné. Vytváření složitých tvarů nebo jemných křivek může vyžadovat nákladné postupné stříhací nástroje nebo více zpracovacích kroků.

Co je Laserové Řezání?

Laserové řezání používá velmi intenzivní svazek světla k roztavení, spálení nebo odpaření materiálu podél předem určené dráhy řezu. Laserový paprsek je extrémně přesně zaměřený, což umožňuje vysoce přesné řezy, i když způsobuje malou tepelně ovlivněnou zónu (HAZ) v okamžité blízkosti.

CO2 lasery jsou běžně používány pro řezání plechů a vysílají infračervené světlo o vlnové délce 10,6 mikronu. Nicméně vláknové lasery jsou čím dál populárnější díky lepšímu výkonu řezání a vyšší energetické účinnosti.

Řezací proces zahrnuje několik současných akcí. Laserové teplo roztaví kov, dokud se neroztaví nebo neodpaří. Pomocný plyn, jako je kyslík, dusík nebo vzduch, poté odvádí taveninu z řezu. CNC strojní zařízení pohybuje laserovou hlavou po přesné dráze definované digitálním návrhem.

Laserové řezání dokáže zpracovat plechy o tloušťce od 0,005 palce až do 6 palců, v závislosti na výkonu laseru a typu materiálu.

Porozumění procesu laserového řezání

Laserové řezání začíná přípravou souboru CAD (počítačové podpory konstrukce). Softwarové dělení uspořádá díly na plechu tak, aby minimalizovalo odpad. Následně CNC programování převede geometrii na strojem čitelné instrukce.

Systém dodávky paprsku přenáší laserovou energii ze zdroje k řezací hlavě. Optická vlákna nebo zrcadla vedou paprsek a udržují jeho zaostření. Zaměřovací čočka soustředí energii do bodu o průměru obvykle 0,006 až 0,012 palce.

Pohybový systém umisťuje řeznou hlavu s extrémní přesností. Lineární motory nebo servopohony dosahují přesnosti polohování v rozmezí ±0,001 palce. Synchronizovaný pohyb více os umožňuje rychlý řezání složitých obrysů.

Monitorování procesu zajišťuje konzistentní kvalitu řezu. Senzory detekují bod průrazu, sledují tlak asistenčního plynu a kontrolují zarovnání svazku. Automatická regulace výšky udržuje optimální ohniskovou pozici vzhledem k povrchu materiálu.

Jaké jsou výhody laserového řezání?

Laserové řezání je známé svou vysokou přesností a čistými výsledky a nabízí několik výhod pro moderní výrobu:

• Vysoká přesnost a kvalita: Laserové řezání dosahuje úzkých tolerancí, obvykle kolem ±0,002 palce, s minimálním zkosením. Může vytvářet vysoce přesné, složité tvary bez nutnosti drahého fyzického nástroje.

• Flexibilita při návrhu a rychlá realizace: Změny návrhu se provádějí jednoduše aktualizací programu stroje, často během několika minut. To činí laserové řezání ideálním pro prototypování a výrobu malých a středních sérií.

• Univerzálnost materiálů: Laserové stroje mohou řezat širokou škálu materiálů, včetně kovů, plastů, keramiky a kompozitů. Poskytují vysoce kvalitní výsledky jak na tenkých, tak na silných ocelových pleších.

• Vynikající kvalita hran: Hrany jsou obvykle velmi hladké, což často eliminuje potřebu dodatečné úpravy povrchu. Při správném nastavení jsou řezy rovné a čisté s malou tepelně ovlivněnou zónou.

• Žádné opotřebení nástroje: Protože laserový paprsek fyzicky nezasahuje do materiálu, nedochází k opotřebení nástroje. Tím se eliminují náklady a prostoji spojené s výměnou razicích a raznicových sad.

Jaké jsou hlavní nevýhody laserového řezání?

Ačkoli je známé svou přesností, laserové řezání má některé nevýhody, které mohou ovlivnit výrobní čas, náklady a výběr materiálu:

• Pomalejší u jednoduchých tvarů: Laserové řezání je obecně pomalejší než stříhání při výrobě jednoduchých tvarů a standardních otvorů. U složitých návrhů vyžadujících více průchodů se celková rychlost snižuje, což může být problematické pro vysokonákladovou výrobu s těsnými termíny.

• Vysoké provozní náklady: Laserové řezačky mají vysokou spotřebu energie a vyžadují pravidelnou údržbu. Součásti jako laserové trubice, čočky a zrcadla se opotřebovávají a musí se vyměňovat. Náklady na asistenční plyny, jako jsou dusík nebo kyslík, také přispívají k provozním výdajům.

• Omezení materiálu a tloušťky: Možnosti řezání jsou omezeny typem a tloušťkou materiálu, které závisí na výkonu laseru. Odrážející materiály, jako jsou měď a hliník, mohou být obtížné řezat. Velmi silné profily mohou vyžadovat více průchodů nebo specializované zařízení.

• Zóna tepelného ovlivnění (HAZ): Tepelný příkon během řezání může změnit metalurgické vlastnosti v blízkosti řezu, což potenciálně ovlivňuje výkon dílu. U některých aplikací může být nutné následné zpracování pro odstranění HAZ.

Jaký je rozdíl mezi stříháním a laserovým řezáním?

Hlavní rozdíl spočívá v tom, jakým způsobem je materiál odstraňován a jaké jsou vlastnosti výsledného řezu.

Stříhání používá silnou mechanickou sílu k proříznutí materiálu. To vytváří charakteristický okraj s hladkými (otřenými) i drsnými (zlomenými) částmi. Odstraněný kus materiálu (tzv. slug) je úplně vyražen z hlavního plechu.

Laserové řezání naopak používá tepelnou energii k odstraňování materiálu. Laser taví nebo sublimuje kov podél čáry řezu, čímž vytváří hladkou, úzkou štěrbinu známou jako kerf, a zanechává okraj ovlivněný teplem. Na rozdíl od stříhání laser odstraňuje materiál nepřetržitým tokem, což umožňuje vytvářet velmi komplexní tvary, které u stříhání nelze realizovat.

Porovnávací tabulka puncování a laserového řezání:

Z hlediska výroby se stříhání razníkem vyznačuje vysokou rychlostí tvorby jednotlivých prvků, jako jsou otvory a jednoduché tvary, zatímco laserové řezání nabízí vyšší geometrickou flexibilitu pro složité obrysy a jemné detaily.

Jak vybrat: stříhání razníkem nebo laserové řezání?

Volba mezi stříháním razníkem a laserovým řezáním závisí na požadavcích projektu. Faktory, jako je objem výroby, geometrická složitost, typ materiálu a celkové náklady, hrají všechny významnou roli.

1. Podle objemu výroby

U velkosériové výroby (nad 1000 dílů) je stříhání razníkem často lepší volbou díky vyšší rychlosti a nižším nákladům na kus. Pro testování návrhů nebo malé série je laserové řezání flexibilnější a cenově výhodnější, protože se vyhnete vysokým nákladům na nástroje.

2. Podle velikosti a návrhu dílu

Geometrie dílu je rozhodující. Stříhání razníkem je ideální pro jednoduché otvory a základní tvary. Pokud váš návrh zahrnuje složité obrysy, jemné detaily nebo vyžaduje velmi vysokou přesnost, je lepší volbou laserové řezání.

3. Na základě typu materiálu

Obě metody dobře fungují s tenkými plechy (pod 0,125 palce). U tlustších materiálů obecně lépe vystřihování laserem. Buďte opatrní u vysoce odrazivých kovů, jako je měď nebo holý hliník, protože mohou představovat výzvu pro laserové řezací stroje.

4. Na základě nákladů a efektivity

Chcete-li najít nejlepší poměr cena/výkon, vezměte v úvahu celkové náklady – nejen čas stroje. Výstřihování může vyžadovat nákladné speciální nástroje a čas na nastavení. Laserové řezání může být pomalejší na díl, ale často vyžaduje méně dodatečných operací. Lepší volba závisí na vašich konkrétních požadavcích na výrobu.

Výstřihování je ideální pro výrobu velkého množství dílů s jednoduchými tvary. Je rychlé a nabízí nízké náklady na díl, zejména u základních geometrií, jako jsou kruhy nebo čtverce. Laserové řezání je vhodnější pro velké, složité tvary, i při nižších objemech. Nabízí vyšší přesnost a flexibilitu, avšak za mírně vyšší cenu na díl.

Konečná volba závisí na počtu potřebných dílů, složitosti návrhu a rozpočtu. Mnozí zkušení výrobci využívají obě metody, přičemž pro každou konkrétní práci vybírají nejvhodnější postup. Kombinace stříhání a laserového řezání často přináší nejlepší celkové výsledky.