Analiza učinkovitosti laserskega rezanja in vgravirajanja
Tehnologije laserskega rezanja in vgraviravanja se zaradi svoje visoke natančnosti, učinkovitosti in sposobnosti nekontaktnega procesiranja široko uporabljajo v industrijski proizvodnji, umetniški ustvarjalnosti in elektroniki. Ta dokument ponuja podrobno analizo načel, lastnosti, dejavnikov vpliva, uporab in prihodnjih trendov laserskega rezanja in vgraviravanja.
Osnovna načela
1. Laserjevo rezanje
Lasersko rezanje uporablja laserski curki z visoko energijsko gostoto za taljenje, izhlapevanje ali vžiganje materialov, medtem ko pomožni plin (npr. kisik, dušik) odnaša raztaljene ostanke, kar omogoča natančno ločevanje materialov.
2. Vgraviravanje z laserjem
Laserjsko vgraviranje vključuje lokalno ablacijo ali kemijske reakcije na površini materiala za ustvarjanje trajnih znamenj ali vzorcev. Za razliko od rezanja vgraviranje praviloma ne predira v material, temveč spremeni njegovo površinsko strukturo ali barvo.
Merila učinkovitosti
1. Natančnost
Točnost pozicioniranja: Običajno ±0,01 mm, pri visokokakovostnih sistemih pa do ±0,005 mm.
Ponavljivost: Splošno znotraj ±0,02 mm za enakomerno obdelavo serij.
Najmanjša širina črte: Odvisna od velikosti laserskega fokusa (10–100 µm); ultra hitri laserji omogočajo vgraviranje v mikronskem obsegu.
2. Hitrost obdelave
Hitrost rezanja: Odvisna od debeline materiala in moči lasera (npr. CO₂ laserji prerežejo 1 mm nehrjaveče jeklo s hitrostjo 20 m/min).
Hitrost vgraviranja: Vektorsko vgraviranje lahko doseže 1000 mm/s, medtem ko je rasterizirano vgraviranje počasnejše zaradi skenirnih metod.
3. Združljivost z materiali
| Material | Vrsta lasera | Izkoristanje |
| Kovine (Nehrjavajoče jeklo, Al, Cu) | Vlakninski laser, CO₂ visoke moči | Visokotnežne reže, graviranje z oksidacijo |
| Nekovine (les, akrilno steklo, usnje) | CO₂ laser (10,6 µm) | Gladke reže, podrobno graviranje |
| Kompoziti (tiskana vezja, ogljikovo vlakno) | UV laser (355 nm) | Minimalna toplotno vplivna cona (HAZ), graviranje z visoko ločljivostjo |
4. Kvaliteta površine
Hrapavost reznega roba: Običajno Ra < 10 µm (pri kovinah vlakninski laser do Ra < 5 µm).
Nadzor nad globino vgraviranja: Nastavljivo z močjo in prehodi (natančnost ±0,01 mm).
Ključni dejavniki, ki vplivajo
1. Laserski parametri
Valovna dolžina: UV (355 nm) za finokrno vgraviranje; CO₂ (10,6 µm) za nekovine.
Moč: Večja moč poveča hitrost, vendar lahko povzroči toplotno deformacijo.
Pulzna frekvenca (impulzni laserji): Vpliva na učinkovitost in cono toplotnega vpliva (HAZ).
2. Optični sistem
Fokusna leča: Gorjeva razdalja določa velikost pike in globinsko ostrino (krajše gorjeve razdalje izboljšajo natančnost).
Kakovost snopa (M²): Snopi, blizu difrakcijske omejitve (M² ≈ 1), omogočajo gladkejše reze.
3. Optimizacija procesa
Pomagalni plin: Kisik poveča hitrost (vendar oksidira robove); dušik zagotavlja čiste reze.
Strategija skeniranja: Raster za vgraviranje na velikih plohah; vektor za konture.
Aplikacije
1. Industrijska proizvodnja
Izdelava pločevine: Rezanje avtomobilskih/aerokosmičnih komponent.
Elektronika: Rezanje FPC (prilagodljive tiskane vezave), mikrovedenje PCB.
2. Umetnost in prilagoditev
Umetnina: Vgraviranje lesa/akrilnega stekla, žigosanje usnja.
3D relief: Vgraviranje sivin za globinske učinke.
3. Medicina in raziskave
Kirurški instrumenti: Natančno rezani kirurški jekleni instrumenti.
Mikroobdelava: Ultra hitri (femtosekundni/pikosekundni) laserji za mikrostrukture.
Prihodnji trendi
1. Višja moč in učinkovitost: Obdelava z več žarki za povečano zmogljivost.
2. Pametna avtomatizacija: Optimizacija parametrov s pomočjo umetne inteligence.
3. Zelene laserske diode: Energetska učinkovitejši vlaknati laserji.
4. Uporaba ultra hitrih laserjev: Širjenje uporabe v medicinski in polprevodniški industriji.
Zaključek
Laserjsko rezanje in vgraviranje zagotavlja nepremišljeno natančnost in prilagodljivost, zaradi česar je nepogrešljivo orodje sodobne proizvodnje. Nadaljnji razvoj laserskih virov, avtomatizacije in kontrole procesov bo še izboljšal njihove zmožnosti in uporabne možnosti.
