Laseritekniikka

Pursinta? Kuvittele voimakas leimaus, jolla leikataan muotoja metallista.

Laserleikkaus? Se käyttää erittäin tarkasti keskittynyttä valonsädettä leikkaamaan metallia huomattavan tarkan tarkkuuden avulla. Oikean leikkausmenetelmän valitseminen on ratkaisevan tärkeää liiketoiminnallesi.

Mikä pursinta on?

Puntytys käyttää ohjattua mekaanista voimaa poistamaan materiaalia levymetallista. Puntytyspuristin ajaa kovettua terästä, joka puhkaisee työkappaleen korkealla nopeudella. Tämä prosessi voi selkeästi luoda reikiä, lovia ja monimutkaisia muotoja muutamassa sekunnissa.

Nykyiset puntytyspuristimet käyttävät hydraulisia tai mekaanisia järjestelmiä. Ylempi muotti (punta) laskee materiaalin läpi, kun taas alempi muotti (muottilohko) tukee työkappaletta. Materiaalin erottuminen tapahtuu, kun punta tunkeutuu noin 30–40 % levyn paksuudesta.

Puntytyspuristimet tulevat erilaisissa kokoonpanoissa yksinkertaisista yhden aseman laitteista monimutkaisiin tornijärjestelmiin. Tornipuristimet voivat automaattisesti kiertää useita työkaluja, mikä mahdollistaa nopean kuvioiden luomisen ilman manuaalisia muottivaihdoksia. CNC-ohjausjärjestelmät sijoittavat työkappaleen tarkasti, varmistaen toistettavan tarkkuuden.

Kuinka puntytys toimii?

Pursotusprosessi poistaa materiaalia järjestelmällisesti leikkaamalla. Koneen käyttäjä asettaa levyn painokoneen pöydälle ja kohdistaa sen ohjausjärjestelmän avulla. Pursin laskeutuu hallitulla nopeudella, tyypillisesti 100–500 iskua minuutissa.

Pursotus tapahtuu kolmessa eri vaiheessa:

Tunkeutumisvaihe: Pursin koskettaa materiaalia ja alkaa tunkeutua siihen.

Leikkausvaihe: Materiaali murtuu, kun pursin saavuttaa kriittisen syvyyden.

Irrotusvaihe: Pursin nousee ylös, ja irrotuslevy estää materiaalin tarttumisen siihen.

Työkaluvalinnalla määräytyy reiän laatu ja tuotannon tehokkuus. Hyvin huolletut ja terävät työkalut tuottavat siistejä reikiä vähän kiiltoja. Työkalun raon (pursin ja kuolan välinen rako) tulisi vastata materiaalin paksuutta ja tyyppiä optimaalisten tulosten saavuttamiseksi.

Mikä on hyötyä pursotuksesta?

Pursotus tarjoaa useita etuja, mikä tekee siitä parhaan vaihtoehdon tietyissä koneen käsittelytehtävissä. Tärkeimmät edut ovat:

• Suuri nopeus: Modernit lyöntipuristimet, kuten turrettipuuristimet, voivat tehdä 500–1000 reikää minuutissa – huomattavasti nopeammin kuin laserleikkaus – mikä mahdollistaa suurten osamäärien nopean tuotannon.

• Kustannustehokkuus suurille sarjoille: Lyönti on erittäin kustannustehokasta suurten tuotantosarjojen kanssa. Alkuperäisten työkalujen kustannusten jälkeen kappalekustannus on hyvin alhainen. Se poistaa ainoastaan tarvittavan metallimäärän, vähentäen materiaalin hukkaa.

• Monipuolisuus muovauksessa: Lyönti ei rajoitu pelkkään reikien tekemiseen. Se voi yhdessä vaiheessa luoda myös painelevyjä, loivereita, korostekeskiöitä ja muita muotoiltuja ominaisuuksia. Jotkin työkalut voivat suorittaa useita toimintoja samanaikaisesti, mikä vähentää käsittelyaikaa.

• Johdonmukaisuus ja toistettavuus: Jokainen osa on täysin samanlainen. Koska se käyttää mekaanista voimaa eikä tuota lämpöä, metallin sisäiseen rakenteeseen ei tapahdu lämpömuutoksia. Se pystyy helposti ylläpitämään osan geometriaa ±0,002 tuuman tarkkuudella.

Mikä on lyönnin haittoja?

Pakoilulla on monia etuja, mutta siinä on myös joitain rajoituksia, jotka on otettava huomioon:

• Korkeat alustavat työkalukustannukset: Pakkaukseen käytettävät työkalut voivat olla kalliita. Tiettyihin kuviin tarkoitetut erikoismuotit voivat maksaa 500–5000 dollaria koon ja monimutkaisuuden mukaan. Pienillä tuotantosarjoilla näiden korkeiden kustannusten katteelle saattaminen voi olla vaikeaa.

• Materiaalirajoitukset: Pakkaus ei sovellu kaikkiin materiaaleihin. Se pystyy yleensä käsittelemään levyjä, joiden paksuus on 0,010 tuumaa – 0,500 tuumaa riippuen metallin kovuudesta. Erittäin kovia metalleja saattaa vaadita erityisvarusteita tai vaihtoehtoisia leikkausmenetelmiä.

• Reunalaadun vaihtelu: Leimattujen metallien reunat eivät aina ole sileitä. Lopputulos riippuu metallilaadusta ja työkalun kunnosta. Jotkin metallit voivat saada karkeita tai halkeamia reunoja, mikä saattaa edellyttää lisätoimenpiteitä, kuten kiiltoilua.

• Geometriset rajoitukset: Punnitus on kooltaan rajoitettu. Hyvin pienet reiät suhteessa materiaalin paksuuteen eivät ole mahdollisia. Monimutkaisten muotojen tai hienojen kaarien valmistaminen saattaa edellyttää kalliita vaiheittaisia punnitysnauloja tai useita käsittelyvaiheita.

Mitä Laserileikkaus on?

Laserleikkaus käyttää erittäin keskittynyttä valonsädettä sulattamaan, polttamaan tai haihduttamaan materiaalia ennalta määrätyllä leikkausreitillä. Laser­säde on erittäin tarkasti keskitetty, mikä mahdollistaa korkean tarkkuuden leikkaukset, vaikka se aiheuttaa pienen lämmön vaikutusalueen (HAZ) välittömässä läheisyydessä.

CO2-lasereita käytetään yleisesti levymetallin leikkaamiseen, ja ne lähettävät infrapuna­valoa 10,6 mikrometrin aallonpituudella. Kuitulasereita käytetään kuitenkin yhä enemmän paremman leikkaustehon ja korkeamman energiatehokkuuden vuoksi.

Leikkausprosessiin liittyy useita samanaikaisia toimintoja. Laser lämmittää metallia, kunnes se sulaa tai haihtuu. Apukaasu, kuten happea, typpeä tai ilmaa, puhaltaa sulan materiaalin pois leikkausraosta. CNC-koneisto liikuttaa laserpäätä tarkkaa digitaalisessa suunnittelussa määriteltyä rataa pitkin.

Laserleikkaus pystyy käsittelemään levyä noin 0,13 millimetristä (0,005 tuumaa) jopa 6 tuuman paksuista, riippuen laserin tehosta ja materiaalilajista.

Laserleikkausprosessin ymmärtäminen

Laserleikkaus alkaa tietokoneavusteisen suunnittelun (CAD) tiedoston valmistelulla. Sijoitteluohjelmisto järjestää osat levylle minimoidakseen jäte. CNC-ohjelmointi muuntaa geometrian koneelle luettaviksi ohjeiksi.

Säteen siirtöjärjestelmä välittää laserenergian lähteestä leikkauspäähän. Kuituoptiset kaapelit tai peilit ohjaavat sädeä säilyttäen fokuksen. Fokusointilinssi keskittää energian pilkkuun, jonka halkaisija on tyypillisesti 0,15–0,30 mm (0,006–0,012 tuumaa).

Liikutesysteemi asettaa leikkuupäät erittäin tarkasti. Lineaarimoottorit tai servomoottorit saavuttavat asennustarkkuuden ±0,001 tuuman sisällä. Moniakselinen synkronoitu liike mahdollistaa monimutkaisten muotojen nopean leikkaamisen.

Prosessin valvonta varmistaa tasaisen leikkauslaadun. Anturit havaitsevat läpimurrokohdat, seuraavat apukaasun painetta ja tarkkailevat säteen kohdistusta. Automaattinen korkeuden säätö pitää polttopisteen optimaalisessa asemassa materiaalin pinnan suhteen.

Mitkä ovat laserleikkaamisen etuja?

Laserleikkaus tunnetaan korkeasta tarkkuudestaan ja siististä tuloksesta, ja sillä on useita etuja nykyaikaisessa valmistuksessa:

• Korkea tarkkuus ja tarkkuus: Laserleikkaus saavuttaa tiukat toleranssit, tyypillisesti noin ±0,002 tuumaa, vähäisen kaltevuuden kanssa. Se voi tuottaa erittäin tarkkoja, monimutkaisia muotoja ilman kalliiden fyysisten työkalujen tarvetta.

• Suunnittelun joustavuus ja nopea toteutusaika: Muutokset suunnitteluun toteutetaan yksinkertaisesti päivittämällä koneen ohjelma, usein muutamassa minuutissa. Tämä tekee laserleikkaamisesta erinomaisen vaiheen prototyyppejä ja pieniä keskisuuria tuotantosarjoja varten.

• Monipuolinen materiaalikäyttö: Laserkoneet voivat leikata laajaa valikoimaa materiaaleja, mukaan lukien metallit, muovit, keraamiset aineet ja komposiitit. Ne tuottavat korkealaatuisia tuloksia sekä ohuisiin että paksuihin teräslevyihin.

• Erinomainen reunojen laatu: Leikatut reunat ovat yleensä erittäin sileitä, mikä usein poistaa tarpeen lisäkäsittelylle. Oikeilla asetuksilla leikkaukset ovat suoria ja siistejä ja lämpövaikutusvyöhyke on pieni.

• Ei työkalun kulumista: Koska lasersäde ei kosketa materiaalia fyysisesti, työkalu ei kulua. Tämä poistaa punch- ja die-jousetten vaihtoon liittyvät kustannukset ja käyttökatkot.

Mikä on laserleikkaamisen tärkeimmät haitat?

Vaikka laserleikkaus tunnetaankin tarkkuudestaan, sillä on joitakin haittoja, jotka voivat vaikuttaa tuotantoaikaan, kustannuksiin ja materiaalivalintoihin:

• Hidas yksinkertaisille muodoille: Laserleikkaus on yleensä hitaampaa kuin punchaus yksinkertaisten muotojen ja standardireikien tuottamisessa. Monimutkaisille suunnitelmille, jotka vaativat useita kierroksia, kokonaissuoritus laskee, mikä voi olla ongelmallista suurten tuotantomäärien kanssa tiukkojen määräaikojen vallitessa.

• Korkeat käyttökustannukset: Laserleikkureilla on korkea energiankulutus ja ne vaativat säännöllistä huoltoa. Komponentit, kuten laserputket, linssit ja peilit, kulumassa ja niiden vaihto on tarpeen. Apukaasujen, kuten typen tai hapen, kustannukset lisäävät myös käyttökustannuksia.

• Materiaalin ja paksuuden rajoitukset: Leikkauskyvyt ovat rajoitettuja materiaalityypin ja paksuuden mukaan, mikä riippuu laserin tehosta. Heijastavat materiaalit, kuten kupari ja alumiini, voivat olla vaikeita leikata. Erittäin paksuja osia saattaa vaatia useita kierroksia tai erikoislaitteita.

• Lämpövaikutusvyöhyke (HAZ): Leikkausprosessin aiheuttama lämpö saattaa muuttaa metallurgisia ominaisuuksia leikkauksen reuna-alueella, mikä voi vaikuttaa osan suorituskykyyn. Jotkin sovellukset saattavat edellyttää jälkikäsittelyä HAZ:n korjaamiseksi.

Mikä on ero punchaus- ja laserleikkauksen välillä?

Pääasiallinen ero on siinä, miten materiaali poistetaan ja millainen tuloksena olevan leikkauksen pinta on.

Punchaus käyttää voimakasta mekaanista voimaa materiaalin leikkaamiseen. Tämä luo tyypillisen reunan, jossa on sekä leikattu (sileä) että murtunut (karkea) alue. Poistettu materiaalipala (hakku) työnnetään täysin pois päälevystä.

Laserleikkaus puolestaan käyttää lämpöenergiaa materiaalin poistamiseen. Laser sulattaa tai höyrystää metallia leikkausviivaa pitkin, luoden sileän, kapean raon, jota kutsutaan leikkauslevyksi (kerf), ja jättäen lämpövaikutuksen alueelle altistuneen reunan. Toisin kuin punchaus, laser poistaa materiaalin jatkuvana virrana, mikä mahdollistaa erittäin monimutkaisten muotojen valmistuksen, jotka ovat mahdottomia punchauksella.

Nurjahduksen ja laserleikkauksen vertailutaulukko:

Valmistusnäkökulmasta kohdistettu reikien ja yksinkertaisten muotojen tekeminen on tehokasta suurilla nopeuksilla, kun taas laserleikkaus tarjoaa paremman geometrisen joustavuuden monimutkaisille ääriviivoille ja hienoille yksityiskohdille.

Miten Valita: Kohdistus vai Laserleikkaus?

Kohdistuksen ja laserleikkauksen valinta riippuu projektin vaatimuksista. Tekijät kuten tuotantomäärä, geometrinen monimutkaisuus, materiaalilaji ja kokonaiskustannukset vaikuttavat merkittävästi.

1. Tuotantomäärän Perusteella

Suurten sarjojen (yli 1000 osaa) tuotannossa kohdistus on usein parempi vaihtoehto sen nopeuden ja alhaisemman kappalekustannuksen vuoksi. Suunnitelmien testaamiseen tai pienten sarjojen tuotantoon laserleikkaus sopii paremmin ja on kustannustehokkaampi, koska se välttää korkeat työkalukustannukset.

2. Osan Koon ja Suunnittelun Perusteella

Osan geometria on ratkaisevaa. Kohdistus soveltuu hyvin yksinkertaisiin reikiin ja perusmuotoihin. Jos suunnittelu sisältää monimutkaisia ääriviivoja, hienojakoisia yksityiskohtia tai vaatii erittäin tarkkaa leikkausta, laserleikkaus on parempi vaihtoehto.

3. Perustuen materiaalityyppiin

Molemmat menetelmät toimivat hyvin ohuella levyllä (alle 0,125 tuumaa). Paksummille materiaaleille laserleikkaus yleensä toimii paremmin. Käytä varovaisuutta erittäin heijastavien metallien, kuten kuparin tai raakapohjaisen alumiinin, kanssa, koska ne voivat aiheuttaa haasteita laserleikkureille.

4. Perustuen kustannuksiin ja tehokkuuteen

Parhaan arvon löytämiseksi tulee huomioida kokonaiskustannukset – ei ainoastaan koneajan kustannukset. Nippaus saattaa vaatia kalliita räätälöityjä työkaluja ja asennusaikaa. Laserleikkaus voi olla hitaampaa per osa, mutta usein siihen liittyy vähemmän jälkikäsittelytoimenpiteitä. Parempi vaihtoehto riippuu tarkoista tuotantovaatimuksistasi.

Nippaus sopii erinomaisesti suuriin määriin yksinkertaisia muotoja sisältäviä osia. Se on nopeaa ja tarjoaa alhaisen kustannuksen per osa, erityisesti yksinkertaisille geometrioille, kuten ympyröille tai neliöille. Laserleikkaus soveltuu paremmin suuriin, monimutkaisiin muotoihin, myös pienemmissä määrissä. Se tarjoaa suuremman tarkkuuden ja joustavuuden, joskin hieman korkeammalla kustannuksella per osa.

Optimaalinen valinta riippuu lopulta tarvittavien osien määrästä, suunnittelun monimutkaisuudesta ja budjetista. Monet fiksu valmistajat käyttävät molempia menetelmiä valiten parhaan prosessin jokaiseen erityiseen työhön. Nyrkkityksen ja laserleikkaamisen yhdistäminen voi usein tuottaa parhaat kokonaisuudessaan tulokset.