Pemotongan laser ialah teknologi pembuatan termaju yang menggunakan pancaran laser-kuasa-tinggi bersama-sama dengan peralatan CNC untuk melaksanakan pemprosesan bahan tanpa-sentuh. Teknologi ini menjejaki asal-usulnya pada tahun 1965, apabila mesin pemotong laser pertama digunakan untuk penggerudian cetakan berlian, dengan United Kingdom mencapai pemotongan logam berbantukan oksigen-laser pertama pada tahun 1967. Pada tahun 1970-an, teknologi pemotongan laser mula menembusi sektor aeroangkasa, dan berikutan penggunaan meluas pelan laser CO₂19 secara berleluasa. proses pemotongan plasma.
Sebagai kaedah pemotongan terma, pemotongan laser dibezakan oleh kualiti potongan unggul, kecekapan tinggi dan fleksibiliti yang luar biasa, membolehkan pengeluaran daripada-pekerjaan tersuai unit tunggal kepada pembuatan-volume tinggi.
Prinsip Operasi
1.1 Penjanaan Laser dan Ciri Pancaran
Laser (Penguatan Cahaya oleh Pembebasan Terstimulasi Sinaran) menghasilkan pancaran monokromatik yang sangat koheren melalui pelepasan yang dirangsang. Sistem laser terdiri daripada tiga komponen asas: medium aktif (pepejal, cecair, atau gas), sumber tenaga (mekanisme pengepaman), dan resonator optik. Apabila medium aktif ditenagakan, ia mengeluarkan foton; resonator memantulkan foton ini bolak-balik melalui medium, menguatkan dan menjajarkan gelombang cahaya untuk akhirnya menghasilkan pancaran laser-tenaga-tinggi.
Pancaran laser berbeza daripada cahaya biasa dalam beberapa aspek kritikal: keamatan tinggi, julat frekuensi sangat sempit (monokromatik), kolimasi tajam dan koheren tinggi.
1.2 Mekanisme Pemotong Fizikal
Proses pemotongan laser melibatkan dua operasi serentak:
Pemanasan Bahan dan Transformasi Fasa: Pancaran laser berketumpatan-tinggi-yang tertumpu menyinari permukaan bahan kerja, menyebabkan kawasan yang disinari mengalami peningkatan suhu yang cepat, mencairkan, mengewap, meleleh atau menyala dengan cepat.
Melt Ejection: Gas bantuan berkelajuan tinggi-, sepaksi dengan rasuk, meniup bahan lebur dari kerf, mencapai pemisahan bahan. Aliran gas ini secara serentak melindungi optik pemfokusan daripada pencemaran wap dan percikan.
1.3 Parameter Ketepatan dan Proses
Pemotongan laser mencapai ketepatan dimensi ±0.05mm, lebar kerf 0.10–0.20mm, dan kekasaran permukaan pada susunan berpuluh-puluh mikron. Parameter utama yang mempengaruhi kualiti potongan termasuk:
Kuasa laser dan ketumpatan kuasa: Tentukan ketebalan bahan dan kelajuan pemotongan yang boleh dicapai
Kedudukan fokus pancaran: Menjejaskan lebar dan menegak kerf
Jenis dan tekanan gas bantu: Menentukan kecekapan leburan lebur
Diameter muncung: Biasanya berkisar antara 0.8mm hingga 3mm, dipilih berdasarkan bahan dan ketebalan
Perlu diingat bahawa bahan yang sangat reflektif seperti tembaga dan aluminium mempamerkan kadar penyerapan yang sangat rendah untuk panjang gelombang laser tertentu, memberikan cabaran pemprosesan yang ketara.
Klasifikasi Proses Utama dan Ciri-ciri Teknikal
Proses pemotongan laser dikategorikan kepada empat jenis utama berdasarkan mekanisme penyingkiran bahan:
2.1 Pemotongan Pengewapan Laser
Pancaran laser-tenaga-tinggi memanaskan bahan kerja, dengan cepat mencapai takat didih bahan dan menyebabkan pengewapan langsung. Pelepasan wap berkelajuan tinggi-secara serentak membentuk kerf.
Power density requirement: Typically >10⁸ W/cm²
Bahan yang berkenaan: Logam yang sangat nipis dan{0}}bahan bukan logam (kertas, fabrik, kayu, plastik, getah, dsb.)
Ciri-ciri: Permintaan tenaga yang tinggi; sesuai untuk aplikasi yang memerlukan mengelakkan sisa cair
2.2 Pemotongan Lebur Laser
Pemanasan laser mencairkan bahan dan gas bantuan bukan pengoksida (Ar, He, N₂, dsb.) mengeluarkan logam cair melalui tekanan tinggi untuk membentuk kerf.
Kecekapan tenaga: Hanya memerlukan 1/10 tenaga pemotongan pengewapan
Bahan yang berkenaan: Keluli tahan karat, titanium, aluminium dan aloinya-bahan yang tahan terhadap pengoksidaan atau logam reaktif
Kelebihan proses: Menghasilkan oksida-tepi potong bebas dengan kualiti tepi yang tinggi
2.3 Pemotongan Oksigen Laser (Pemotongan Api)
Sama seperti pemotongan oksiasetilena, proses ini menggunakan laser sebagai sumber haba prapemanasan dan oksigen sebagai gas pemotong. Oksigen bertindak balas secara eksotermik dengan logam, sambil serentak meniup oksida cair.
Kecekapan tenaga: Memerlukan hanya 1/2 tenaga pemotongan lebur; kelajuan pemotongan dengan ketara melebihi kedua-dua pengewapan dan pemotongan lebur
Bahan yang berkenaan: Keluli karbon, keluli titanium dan-keluli yang dirawat haba-logam yang terdedah kepada pengoksidaan
Had proses: Kerf yang lebih lebar, haba yang lebih besar-zon terjejas, mudah terdedah kepada pembakaran sudut dan kualiti tepi yang agak rendah
2.4 Scriping Laser dan Patah Terkawal
Pencatatan laser menggunakan laser berketumpatan-tenaga-tinggi untuk mengimbas permukaan bahan rapuh, mengewapkan alur cetek melalui penyejatan terma, diikuti oleh daya mekanikal untuk memecahkan bahan di sepanjang alur. Patah terkawal menggunakan kecerunan terma curam yang dihasilkan oleh alur laser untuk mencipta tegasan terma setempat dalam bahan rapuh, menyebabkan pemisahan di sepanjang alur.
Bahan yang berkenaan: Seramik, semikonduktor dan bahan rapuh lain
Laser biasa: Q-laser bertukar, laser CO₂
Domain Aplikasi dan Nilai Industri
Teknologi pemotongan laser telah meresap pelbagai sektor perindustrian kritikal:
Pembuatan Automotif: Bingkai badan, komponen beg udara, panel dalaman
Aeroangkasa: Komponen enjin, saluran aloi titanium, pengeras kulit fiuslaj
Pembuatan Elektronik: Komponen-mikro ketepatan, papan litar, penyambung
Peranti Perubatan: Stent koronari, instrumen pembedahan, peranti mikrobendalir
Fabrikasi Lembaran Logam: Telah menjadi proses yang dominan, menggantikan kaedah konvensional
Kesimpulan
Sebagai teknologi pembuatan teras, pemotongan laser terus memacu transformasi industri melalui kelebihan gabungan ketepatan tinggi, kecekapan tinggi dan fleksibiliti yang luar biasa. Daripada pemotongan pengewapan kepada-pemotongan berbantukan oksigen, dan daripada laser CO₂ kepada laser gentian, evolusi teknologi berterusan telah meluaskan sempadan aplikasi pemotongan laser, membolehkan pemprosesan-berkualiti tinggi dan cekap merentas julat bahan dan ketebalan yang lebih luas.
