Laser tehnologija

Žigosanje? Predstavljajte si, da uporabljate močan žig za izrezovanje oblik iz kovine.

Lasersko rezanje? Uporablja zelo usmerjen žarek svetlobe, da prereže kovino z izjemno natančnostjo. Izbira prave metode rezanja je ključna za vaše podjetje.

Kaj je žigosanje?

Ključenje uporablja nadzorovano mehansko silo za odstranjevanje materiala iz pločevine. Ključilni stroj s pomočjo kaljenega jeklenega orodja prepriči skozi delovni kos s hitro hitrostjo. S tem postopkom je mogoče v nekaj sekundah čisto ustvariti luknje, reže in zapletene oblike.

Sodobni ključilni stroji uporabljajo hidravlične ali mehanske sisteme. Zgornje orodje (ključ) se spušča skozi material, medtem ko spodnje orodje (matrica) podpira delovni kos. Ločitev materiala se zgodi, ko ključ prebode približno 30 % do 40 % debeline pločevine.

Ključilni stroji so na voljo v različnih konfiguracijah, od preprostih enostopenjskih naprav do zapletenih stolpnih sistemov. Stolpni stroji lahko samodejno zavrtijo več orodij, kar omogoča hitro ustvarjanje vzorcev brez ročne zamenjave orodij. Sistemi CNC natančno pozicionirajo delovni kos in zagotavljajo ponovljivo točnost.

Kako deluje ključenje?

Postopek izdolbavanja sistematično odstrani material prek strižnega sistema. Uporabnik postavi pločevino na mizo prese in jo poravna z vodilnim sistemom. Igdalo se spusti s kontrolirano hitrostjo, ponavadi med 100 do 500 udarci na minuto.

Postopek izdolbavanja poteka v treh ločenih fazah:

Faza prodora: igdalo se dotakne materiala in začne vstopati vanj.

Strižna faza: material se razpoči, ko igdalo doseže kritično globino.

Faza odtrganja: igdalo se umakne, medtem ko predprečuje plošča za odtrgovanje, da se material ne prime na njega.

Izbira orodja določa kakovost lukenj in učinkovitost proizvodnje. Dobro vzdrževano, ostro orodje ustvari čiste luknje z minimalnimi žlebci. Razmik matrice (reža med igdalom in matico) mora ustrezati debelini in vrsti materiala za optimalne rezultate.

Kateri so prednosti izdolbavanja?

Izdolbavanje ponuja številne prednosti, zaradi katerih je najboljša izbira za določene obdelovalne naloge. Med ključne koristi spadajo:

• Visoka hitrost: Sodobni udarni preši, kot so zvitni udarni preši, lahko obdelajo od 500 do 1000 lukenj na minuto – kar je znatno hitreje kot lasersko rezanje – in omogočajo hitro proizvodnjo velikih količin delov.

• Rentabilnost pri velikih serijah: Udarno prešanje postane zelo učinkovito po vrednosti pri velikih serijah proizvodnje. Po prvotnih stroških orodja je strošek na kos zelo nizek. Odstrani se le potrebni kovinski material, kar minimizira odpadke.

• Vsestranskost pri oblikovanju: Udarno prešanje ni omejeno le na izdelavo lukenj. V enem koraku lahko ustvari tudi vdolbine, režne odprtine, reliefne oblike in druge oblikovane elemente. Nekatera orodja lahko hkrati izvedejo več opravil, s čimer skrajšajo čas obdelave.

• Zanesljivost in ponovljivost: Vsak del je enak drugemu. Ker uporablja mehansko silo brez segrevanja, ne pride do toplotnih sprememb notranje strukture kovine. Lahko enostavno ohranja geometrijo dela z natančnostjo ±0,002 palca.

Kakšne so slabosti udarnega prešanja?

Čeprav ima mnoge prednosti, ima žiganje nekaj omejitev, ki jih je treba upoštevati:

• Visoki začetni stroški orodja: Orodja za žiganje lahko stanejo veliko denarja. Posebna orodja za določene vzorce lahko stanejo med 500 in 5000 dolarji, odvisno od velikosti in zapletenosti. Pri majhnih serijah proizvodnje je te visoke stroške težko povrniti.

• Omejitve materiala: Žiganje ni primerno za vse materiale. Običajno obdela pločevino debeline med 0,010 in 0,500 palca, odvisno od trdote kovine. Zelo trde kovine morda zahtevajo posebno opremo ali alternativne metode rezanja.

• Spremenljivost kakovosti roba: Robovi žganih kovinskih delov niso vedno gladki. Končni rezultat je odvisen od vrste kovine in stanja orodja. Nekateri kovinski materiali lahko imajo grube ali razpokane robove, kar morda zahteva dodatne operacije, kot je odstranjevanje žlebov.

• Geometrijske omejitve: Presovanje ima omejitve glede velikosti. Zelo majhne luknje v razmerju do debeline materiala niso izvedljive. Ustvarjanje zapletenih oblik ali drobnih krivulj lahko zahteva dragocene progresivne presovalne matrice ali več korakov obdelave.

Kaj je Laserjeva Rezalka?

Laserjevanje uporablja zelo koncentriran žarek svetlobe, da stopi, zgoreva ali izhlapi material vzdolž predhodno določene poti reza. Laserjev žarek je izjemno usmerjen, kar omogoča visoko natančnost rezov, čeprav povzroči majhno toplotno vplivljeno cono (HAZ) neposredno na mestu reza.

CO2 laserji se pogosto uporabljajo za rezanje pločevine in oddajajo infrardeče svetlobo z valovno dolžino 10,6 mikronov. Vendar so vlaknasti laserji vse bolj priljubljeni zaradi odličnejših lastnosti pri rezanju in višje energetske učinkovitosti.

Rezanje vključuje več hkratnih dejanj. Laser segreva kovino, dokler se ne stopi ali ne izpari. Pomožni plin, kot so kisik, dušik ali zrak, nato odpihne raztaljeno snov iz reza. CNC oprema premika lasersko glavo po natančni poti, določeni s podatkovno konstrukcijo.

Laserji lahko obdelujejo pločevino debeline od 0,005 palca do 6 palcev, odvisno od moči lasera in vrste materiala.

Razumevanje procesa laserskega rezanja

Laserjsko rezanje se začne s pripravo datoteke računalniške podprte konstrukcije (CAD). Program za razporejanje delov na listu optimizira postavitev, da zmanjša odpad. Nato CNC programiranje pretvori geometrijo v navodila, ki jih stroj razume.

Sistem prenosa žarka prenaša lasersko energijo iz vira do rezalne glave. Optična vlakna ali zrcala usmerjajo žarek in ohranjajo fokus. Fokusirajoča leča stisne energijo v točko, ki je ponavadi premera med 0,006 in 0,012 palca.

Sistem za gibanje premakne rezalno glavo z izjemno natančnostjo. Linearni motorji ali servopogoni omogočajo točnost pozicioniranja znotraj ±0,001 palca. Sinhronizirano gibanje več osi omogoča hitro rezanje kompleksnih kontur.

Spremljanje procesa zagotavlja dosledno kakovost reza. Senzorji zaznajo točke preboja, spremljajo tlak pomožnega plina in sledijo poravnavi žarka. Samodejno nadzorovanje višine ohranja optimalni fokusni položaj glede na površino materiala.

Kateri so prednosti laserskega rezanja?

Lasersko rezanje je znano po visoki natančnosti in čistih rezultatih ter ponuja več prednosti za sodobno proizvodnjo:

• Visoka natančnost in točnost: Lasersko rezanje doseže majhne tolerance, tipično okoli ±0,002 palca, z minimalnim nagibom. Lahko proizvede izjemno natančne, zapletene oblike brez potrebe po dragi fizični orodni opremi.

• Prilagodljivost oblikovanja in hitra izvedba: Spremembe na obliki se uvedejo preprosto s posodobitvijo programske opreme stroja, pogosto v nekaj minutah. Zato je lasersko rezanje idealno za izdelavo prototipov in serijsko proizvodnjo v majhnih do srednjih količinah.

• Raznolikost materialov: Laserski stroji lahko režejo širok spekter materialov, vključno s kovinami, plastiko, keramiko in kompoziti. Dajejo visokokakovostne rezultate tako na tankih kot na debelih pločevinah iz jekla.

• Odlična kakovost roba: Robovi so ponavadi zelo gladki, kar pogosto odpravi potrebo po dodatni dokončni obdelavi. Pri pravilnih nastavitvah so rezi ravnopravni in čisti, s področjem toplotnega vpliva, ki je majhno.

• Brez obrabe orodja: Ker laserski žarek fizično ne stika s materialom, ni obrabe orodja. To odpravlja stroške in izpade zaradi menjave kalibrov in matric.

Kakšne so glavne slabosti laserskega rezanja?

Čeprav je znano po natančnosti, ima lasersko rezanje nekaj slabosti, ki lahko vplivajo na proizvodni čas, stroške in izbiro materiala:

• Počasneje pri preprostih oblikah: Laserjsko rezanje je na splošno počasnejše od žigosanja pri izdelavi preprostih oblik in standardnih lukenj. Pri zapletenih dizajnih, ki zahtevajo večkratne prehode, se skupna hitrost zmanjša, kar lahko predstavlja težavo pri visokem volumnu proizvodnje in tesnih rokih.

• Visoki obratovalni stroški: Laserji porabljajo veliko energije in zahtevajo redno vzdrževanje. Sestavni deli, kot so laserne cevi, leče in zrcala, se obrabijo in jih je treba zamenjati. Strošek pomožnih plinov, kot sta dušik ali kisik, dodatno poveča obratovalne stroške.

• Omejitve glede materiala in debeline: Možnosti rezanja so omejene s tipom in debelino materiala, kar je odvisno od moči lasera. Zrcalni materiali, kot sta baker in aluminij, so lahko težko režljivi. Zelo debele sekcije morda zahtevajo večkratne prehode ali specializirano opremo.

• Območje toplotnega vpliva (HAZ): Toplotni vhod med rezanjem lahko spremeni metalurške lastnosti v bližini roba reza, kar lahko vpliva na zmogljivost delov. Pri nekaterih aplikacijah je morda potrebna dodatna obdelava za odpravo učinkov območja toplotnega vpliva.

Kakšna je razlika med žiganjem in laserskim rezanjem?

Glavna razlika je v načinu odstranjevanja materiala ter značilnostih nastalega reza.

Žiganje uporablja močno mehansko silo za striženje materiala. To ustvari značilen rob z gladkimi (striženimi) in hrapavimi (zlomljenimi) površinami. Odstranjeni kos materiala (žiganka) je popolnoma iztisnjen iz glavnega lista.

Nasprotno, lasersko rezanje uporablja toplotno energijo za odstranjevanje materiala. Laser stopi ali izhlapi kovino vzdolž črte reza in ustvari gladko ozko režo, imenovano širina reza, ter pusti rob, vpliv toplote. Za razliko od žiganja, lasersko rezanje odstrani material v neprekinjenem toku, kar omogoča izdelavo zelo kompleksnih oblik, ki jih ni mogoče doseči s postopkom žiganja.

Primerjalna tabela izrezovanja z udarcem in laserskega rezanja:

Z vidika proizvodnje se kaljenje izkazuje pri hitri izdelavi diskretnih elementov, kot so luknje in preproste oblike, medtem ko lasersko rezkanje ponuja odlično geometrijsko prilagodljivost za kompleksne konture in zapletene podrobnosti.

Kako izbrati: Kaljenje ali lasersko rezkanje?

Izbira med kaljenjem in laserskim rezkanjem je odvisna od zahtev projekta. Delež imajo dejavniki, kot so količina, stopnja geometrijske zapletenosti, vrsta materiala in skupni stroški.

1. Glede na količino proizvodnje

Pri serijah visoke količine (več kot 1000 delov) je pogosto boljša izbira kaljenje zaradi njegove hitrosti in nižjih stroškov na kos. Za testiranje konstrukcij ali manjše serije je lasersko rezkanje bolj prilagodljivo in cenovno ugodnejše, saj izogiba visokim stroškom orodij.

2. Glede na velikost in konstrukcijo dela

Geometrija dela je ključnega pomena. Kaljenje je idealno za preproste luknje in osnovne oblike. Če vaš dizajn vključuje kompleksne konture, fine podrobnosti ali zahteva zelo visoko natančnost, je lasersko rezkanje boljša možnost.

3. Na podlagi vrste materiala

Oba postopka dobro delujeta s tankimi pločevinami (pod 0,125 palca). Pri debelejših materialih običajno bolje deluje lasersko rezkanje. Bodite previdni pri zelo odsevnih kovinah, kot sta baker ali surovi aluminij, saj lahko predstavljajo izzive za laserske rezalnike.

4. Na podlagi stroškov in učinkovitosti

Za najdbo najboljše vrednosti upoštevajte skupne stroške – ne le čas obratovanja stroja. Presovanje lahko zahteva draga prilagojena orodja in čas nastavljanja. Lasersko rezkanje je morda počasnejše na kos, vendar pogosto zahteva manj sekundarnih operacij. Boljša izbira je odvisna od vaših specifičnih proizvodnih zahtev.

Presovanje je idealno za proizvodnjo velikih količin delov s preprostimi oblikami. Je hitro in ponuja nizek strošek na kos, še posebej za osnovne geometrije, kot so krogi ali kvadrati. Lasersko rezkanje je bolj primerno za večje, kompleksne oblike, tudi pri manjših količinah. Omogoča večjo natančnost in fleksibilnost, čeprav pri nekoliko višjem strošku na kos.

Končna optimalna izbira je odvisna od števila potrebnih delov, zapletenosti konstrukcije in proračuna. Mnogi pametni proizvajalci uporabljajo oba postopka, pri čemer izberejo najprimernejši postopek za vsako posamezno naročilo. Kombinacija sekanja in laserskega rezanja pogosto prinese najboljše skupne rezultate.