Types of Laser Cutting Machines and Applications

Laser bidezko ebaketak laserra erabiltzen du ebaketa-tresna fisikoen edo tenperatura altuko sugar bidezko ebaketaren ordez. Laserren ezaugarriei esker, abantaila nabarmenak ditu ebaketa tradizionalaren aldean. Laser bidezko ebaketaren potentziaz gain, laserren propietate optikoek dute eragin handiena ebaketa-prozesuan, hala nola uhin-luzera, pultsu-zabalera, pultsu-errepikapen-maiztasuna, etab. Laser motaren arabera, egungo industria-laser ekipamendua batez ere zuntz-laser, CO2 laser eta YAG laser gisa banatzen da.

Fiber Laser

Zuntz laserra lur arraroen elementuekin dopatutako beira-zuntza erabiltzen duen laser sistema mota bat da, irabazi-euskarri gisa. Hiru zati ditu: irabazi-euskarria, ponpaketa-iturria eta erresonantzia-barrunbea. Oro har, erdieroale-laserra erabiltzen da ponpaketa-iturri gisa, eta erresonantzia-barrunbea islatzaile batez, zuntz-muturraz, zuntz-eraztun ispiluz edo zuntz-sare batez eta beste gailu batzuez osatuta dago. Lur arraroen elementuak dituen zuntz aktiboa (erbioa (Er3+), iterbioa (Yb3+), neodimioa (Nd3+), samarioa (Sm3+), tulioa (Tm3+), holmioa (Ho3+), praseodimioa (Pr3+), disprosioa (Dy3+), bismutoa (Bi3+), etab.) erabiltzen da irabazi-euskarri gisa.

Ioi dopatuen arabera, zuntz laserrek uhin-luzera desberdinetako laser irteerak lor ditzakete. Industrian erabiltzen den uhin-luzera, oro har, 1.06 um da (CO2 laserraren uhin-luzeraren hamarren bat), beraz, bereziki egokia da metalezko xafla meheak mozteko.

Zuntz laserren abantailak

Izpiaren kalitate ona: Zuntz optikoaren uhin-gidaren egiturak zehazten du zuntz laserrak erraz lortzen duela zeharkako modu bakarreko irteera, eta kanpoko faktoreek gutxiago eragiten diotela, eta distira handiko laser irteera lor dezakeela. Laser mota hau erabiltzeak ertz zuzen txikiko ebakidura eta ebakidura gainazal leuna ditu, eta sakonera-diametro erlazio handia eta sakonera-zabalera erlazioa lor ditzake.

Bihurketa-eraginkortasun elektro-optiko handia: Bihurketa elektro-optikoaren eraginkortasuna % 20~% 30era irits daiteke (CO2 laserrak, oro har, % 8~% 10 dira). Energia-bihurketa eraginkortasun oso altuak laser mota hau energia-aurrezleagoa eta bero gutxiago sortzen du. Potentzia txikiko ekipoek aire-hozte sistema erabil dezakete, eta potentzia handiko ekipoetan erabiltzen den ur-hozte makinaren potentzia-beharrak ere murrizten dira horren arabera.

Ebaketa-abiadura handia: Ebaketa-abiadura YAG laser bidezko ebaketa-makinaren 4~5 aldiz handiagoa izan daiteke.

Ekipamenduen egonkortasun handia eta mantentze-lan erraza:Bide optikoa sinplea da, ez da islatzaile konplikaturik behar, kanpoko inguruneak gutxiago eragiten dio eta ondorengo mantentze-kostua txikia da.

Erabilera kostu baxua: Bihurketa elektro-optikoaren eraginkortasun oso altuak elektrizitate gehiago aurreztu dezake, bide optikoko sistema sinpleak ondorengo mantentze-kostua oso baxua egiten du eta ez da gas-euskarririk erabiltzen, kostu erlazionatuak aurreztuz.

Giza gorputzarentzat kaltegabea: Laser uhin-luzera giza begiarentzat ikusezina den eta giza gorputzarentzat kaltegarririk ez den infragorri argia da.

Zuntz laserren desabantailak

Ebaketa-materialaren mugak: Zuntz laserrak ezin ditu material ez-metalikoak moztu, ezta gainazalean estaldura duten materialak ere, hala nola altzairu herdoilgaitz arrunta, herdoilaren aurkako estaldura duten altzairuzko xafla bereziak, etab.

Hasierako kostu altua: Zuntz laser bidezko ebaketa-makina baten hasierako erosketa garestiagoa da, baina ondorengo funtzionamendu-kostuak askoz txikiagoak dira.

CO2 Laser

CO2 laserra gas laser bat da, gas laserren "bibrazio-errotazio molekular laser"aren ordezkaria. Bere lan-gasa CO₂, N₂ eta He nahasketa bat da. Atomoetako elektroiak oinarrizko egoeran geratzen dira, eta laser trantsizioa CO2-ren bibrazio egoera desberdinetako bi errotazio energia mailaren artean gertatzen da.

CO2 laser sorgailu mota ohikoenak DC bidez kitzikatutako CO₂ laser hodi bat erabiltzen du. Tentsio handiko korronte zuzeneko (DC) eremu elektriko bat (normalean hainbat kilovolt) erabiltzen du gas deskarga zuzenean bultzatzeko, non CO₂ molekulak bibrazio-errotazio energia mailetara kitzikatzen diren elektroi talken bidez, populazio inbertsioa eta laser emisioa lortuz.

CO2 laser sorgailu bat ere badago goi-mailako bat: irrati-maiztasuneko (RF) laser hodia, maiztasun handiko korronte alternoko (AC) eremu elektriko bat erabiltzen duena (adibidez, 13.56 MHz) gas molekulen akoplamendu elektrodorik gabeko kitzikapenerako, plasma deskarga sortuz. Prozesu honek CO₂ molekulak bibrazio-errotazio energia mailetara kitzikatzen ditu, laser emisioa sortuz. RF laser hodiak deskarga uniformetasun handiagoa, habe modu egonkorragoak (adibidez, TEM₀₀) eta eraginkortasun handiagoa, bizitza luzeagoa eta potentzia dentsitate handiagoa eskaintzen ditu DC bidez kitzikatutako sistemekin alderatuta.

CO2 laserren abantailak

Material ez-metalikoen ebaketa: CO2 laserrak 10.6 μm-ko uhin-luzera du. Uhin-luzera honetako argi-izpia erraz xurgatzen dute material ez-metalikoek. Bere islagarritasun baxuak eta lurruntze-tenperaturak xurgatutako argi-energia ia erabat sartzea eragiten dute materialean, eta lurruntzeak zuloak berehala sortzea eragiten du, ebaketa-prozesuan zehar ziklo birtuoso batean sartuz.

Errendimendu egonkorra: CO2 laser bidezko ebaketa-makinak 30 urte baino gehiagoz erabili izan dira. Bere prozesatzeko ezaugarri asko sakon aztertu dira eta prozesatzeko teknologia oso heldua bihurtu da.

Giza gorputzarentzat kaltegabea: Laser uhin-luzera giza begiarentzat ikusezina den eta giza gorputzarentzat kaltegarririk ez den infragorri argia da.

CO2 laserraren desabantailak

Ez da egokia metala ebakitzeko: Ohiko CO2 laser bidezko ebaketa-makinak zailak dira metalezko materialak mozteko, igortzen duten 10.6 μm-ko uhin-luzera duen laserra zaila baita metalezko materialek xurgatzea. Ebaketa-makina aldatuz (potentzia handituz, isolatzaile islatzailea gehituz, oxigeno-errekuntza erabiliz, etab.) metalezko ebaketa batzuk lor daitezkeen arren, kostua eta ebaketa-efektua zuntz laser bidezko ebaketa-makinarekin alderatuta askoz okerragoak dira, eta islatzailetasun handiko metalezko materialen ebaketa-gaitasuna oso eskasa da, batez ere ez da egokia islatzailetasun handiko metal ez-ferrosoak prozesatzeko, hala nola urrea, zilarra, kobrea, aluminioa, zinka, etab.

Geroago erabiltzearen kostu handia: CO2 laser bidezko ebaketa-makinak sortutako 10.6 μm-ko laserra ezin da zuntz optikotik transmititu, eta islapenerako hainbat islatzaile behar ditu. Bide optikoa konplexua da. Behin instalatuta, ez da erraza mugitzea. Ingurumen-eskakizun zorrotzak ditu. Bibrazioak, hautsak, argiak eta abarrek eragina dute erabilera-egonkortasunean. Eta energia-kontsumoa handia da, eta islatzailearen zerbitzu-bizitzak eta gas-kontsumoak ere erabilera-kostua handitzen dute.

Prozesatzeko malgutasun maila baxua: Zuntz laser bidezko zuntz optikozko argi-gidariarekin alderatuta, laser bidezko prozesatzeko mota honetako malgutasuna baxua da. CO2 laser bidezko ebaketa-makinaren 3D ebaketa-eremua nola handitu beti izan da arazo zaila industrian.

YAG laserra

YAG laserra, neodimioz dopatutako itrio aluminio granate laserra dena, itrio aluminio granate kristalean (Y₃Al₅O₁₂, YAG bezala ezagutzen dena) oinarritutako laser solidoa da.

YAG laserren abantailak

Energia pultsu bakarreko altua eta potentzia maximo altua: YAG kristalak kalte-atalase handia du, eta horri esker pultsu-energia bakarra eta potentzia maximo handia lor daitezke. Energia-irteera handia berehala behar duten prozesatzeko aplikazio batzuetan, hala nola material batzuen zulaketa eta grabaketa sakona, YAG laserrak prozesatzeko zereginak modu eraginkorragoan burutu ditzake, eta bere aplikazio-eremua nahiko zabalagoa da.

Metalezko materialak prozesatzeko gaitasun handia: 1.06 μm-ko uhin-luzera duten laserrak ekoizten ditu, metalekin akoplamendu-eraginkortasun handia eta prozesatzeko errendimendu ona dutenak.

Prozesatzeko malgutasun handia: YAG laserrak zuntz optikoekin akopla daitezke, eta prozesatzeko malgutasun oso handia dute zuntz optikoko laserren antzera.

Prezio baxua: YAG laserrak nahiko helduak dira, heldutasun tekniko handikoak, prezio nahiko merkeak eta hasierako inbertsio-kostu txikiak dituztenak.

Giza gorputzarentzat kaltegabea: Laser uhin-luzera giza begiarentzat ikusezina den eta giza gorputzarentzat kaltegarririk ez den infragorri argia da.

YAG laserren desabantailak

Bihurketa-eraginkortasun elektro-optiko baxua: YAG laseren elektro-optikoaren bihurketa-eraginkortasuna % 1etik % 3ra bitartekoa da, eta energia elektriko gehiena energia termiko bihurtzen da.

Efektu termiko agerikoa: YAG laserra lanean ari denean, tenperatura gradiente bat sortuko da laser hagatxoaren barruan, tentsio termikoa eta lente termikoaren efektua eraginez. Tentsio termikoak laser hagatxoa haustea eragin dezake, laserraren funtzionamendu normalean eraginez; lente termikoaren efektuak laser izpiaren fokatze ezaugarriak aldatuko ditu, izpiaren kalitatea murriztuko du eta batez besteko potentzia eta izpiaren kalitatearen hobekuntza mugatuko ditu. Zuntz laserrek lur arraroekin dopatutako zuntz optiko meheak erabiltzen dituzte irabazi-euskarri gisa, azalera-bolumen erlazio handia eta beroa xahutzen azkarra dutenak, eta efektu termikoek eragindako izpiaren kalitate eta eraginkortasun murriztuaren arazoa eraginkortasunez saihestu dezakete.

Ez-metalikoak ebakitzeko gaitasun eskasa: Zuntz laserren antzera, YAG-en 1.06 μm-ko uhin-luzera duen laserra ere ez da egokia material ez-metalikoak mozteko.

Erosketa-iradokizunak

Batez ere metalezko materialak prozesatzen badituzu, zuntz laserra aukera ona da. Bereziki egokia da metalezko xaflak mozteko. Bihurketa elektro-optikoaren eraginkortasuna CO2 laserraren eta YAG laserrarena baino askoz handiagoa da. Tamaina txikikoa da eta mantentze erraza. Prozesatzeko gaitasun malgu bikainak ditu. Bereziki, zuntz laser bidezko ebaketa makinen kostua pixkanaka jaitsi da azken urteotan. Ia ordezkatu ditu metalezko ebaketa prozesuan laser solido tradizionalak eta karbono dioxidozko laserrak.

Batez ere material ez-metalikoak (egurra, akrilikoa, plastikoa, larrua, zeramika, etab.) prozesatzen badituzu, orduan karbono dioxidozko laserra da aukera bakarra.

Kostu-abantaila nabariaz gain, YAG laserrak zuntz laserrez ordezkatu dituzte funtsean industria-ebaketa arloan.