Tehnologia Laser

Tehnologiile de tăiere și gravare cu laser sunt utilizate în mod frecvent în fabricația industrială, creații artistice și electronice datorită preciziei ridicate, eficienței și capacității de procesare fără contact. Acest document oferă o analiză detaliată a principiilor, indicatorilor de performanță, factorilor influenți, aplicațiilor și tendințelor viitoare ale tăierii și gravării cu laser.

Principii fundamentale

1. Tăiere cu laser

Tăierea cu laser utilizează un fascicul laser cu densitate mare de energie pentru a topi, vaporiza sau aprinde materialele, în timp ce un gaz auxiliar (de exemplu, oxigen, azot) îndepărtează reziduurile topite, permițând o separare precisă a materialelor.

2. Gravare cu laser

Gravarea cu laser implică ablația localizată sau reacții chimice pe suprafața unui material pentru a crea mărci sau modele permanente. Spre deosebire de tăiere, gravarea nu pătrunde în material, ci modifică textura sau culoarea suprafeței acestuia.

Metrice de performanță

1. Precizie

• Precizia de poziționare: De obicei ±0,01 mm, iar sistemele de înaltă performanță pot atinge ±0,005 mm.

• Repetabilitate: În general, în intervalul ±0,02 mm pentru procesare în loturi consistente.

• Lățimea minimă a liniei: Depinde de dimensiunea spotului laser (10–100 µm); laserele ultrarapide permit gravarea la scara micronului.

2. Viteza de procesare

• Viteza de tăiere: Depinde de grosimea materialului și de puterea laserului (de exemplu, laserele CO₂ taie oțel inoxidabil de 1 mm la 20 m/min).

• Viteza de gravare: Gravarea vectorială poate atinge 1000 mm/s, în timp ce gravarea raster este mai lentă din cauza metodelor de scanare.

3. Compatibilitate cu materialele

4. Calitatea Suprafeței

• Rugozitatea Marginii de Tăiere: În mod obișnuit Ra < 10 µm (laserul cu fibră atinge Ra < 5 µm pentru metale).

• Controlul adâncimii gravării: Reglabilă prin putere și treceri (precizie ±0,01 mm).

Factori Principali Influente

1. Parametrii laserului

• Lungimea de undă: UV (355 nm) pentru gravare fină; CO₂ (10,6 µm) pentru nemetale.

• Putere: O putere mai mare crește viteza, dar poate cauza distorsiuni termice.

• Frecvența impulsurilor (Lasere pulsate): Afectează eficiența și zona afectată termic (HAZ).

2. Sistemul optic

• Lensă de focalizare: Lungimea focală determină dimensiunea punctului și adâncimea de câmp (lungimile focale scurte îmbunătățesc precizia).

• Calitatea fasciculului (M²): Fascicule aproape limitate difracțional (M² ≈ 1) produc tăieturi mai netede.

3. optimizarea proceselor

• Gaz de asistență: Oxigenul crește viteza (dar oxidează marginile); azotul asigură tăieturi curate.

• Strategie de scanare: Raster pentru gravare pe suprafețe mari; vector pentru contururi.

Aplicații

1. Fabricație industrială

• Tăiere tablă: Tăiere componente auto/aeroespațiale.

• Electronice: Tăiere FPC (PCB flexibil), microperforare PCB.

2. Creativitate și personalizare

• Artă: Gravare lemn/acrilic, marcare pe piele.

• relief 3D: Gravare în tonuri de gri pentru efecte de adâncime.

3. Medicină și cercetare

• Instrumente chirurgicale: Instrumente din oțel inoxidabil tăiate cu precizie.

• Microprocesare: Lasere ultrarapide (femtosecunde/picosecunde) pentru microstructuri.

Tendinţe viitoare

1. Putere și eficiență mai mari: Prelucrare cu multiple raze pentru creșterea productivității.

2. Automatizare inteligentă: Optimizarea parametrilor bazată pe inteligență artificială.

3. Lasere verzi: Lasere cu fibră energetic eficiente.

4. Adoptarea laserelor ultrarapide: Extinderea utilizării în domeniile medical și semiconductor.

Concluzie

Tăierea și gravarea cu laser oferă o precizie și versatilitate fără egal, fiind astfel indispensabile în fabricația modernă. Progresul tehnologic în sursele laser, automatizare și controlul proceselor va contribui în continuare la îmbunătățirea capacităților și a aplicațiilor acestora.