Poiché non vi sono costi di lavorazione degli utensili, le apparecchiature di taglio laser sono adatte anche per produrre piccoli lotti di parti di varie dimensioni che prima non potevano essere lavorate. Le apparecchiature di taglio laser solitamente utilizzano dispositivi con tecnologia di controllo numerico computerizzato (CNC). Dopo aver utilizzato questo dispositivo, è possibile utilizzare linee telefoniche per ricevere dati di taglio dalle postazioni di lavoro di progettazione assistita da computer (CAD).
Principio
Il taglio laser utilizza un raggio laser concentrato ad alta densità di potenza per irradiare il pezzo in lavorazione, facendo sì che il materiale irradiato si fonda rapidamente, vaporizzi, abla o raggiunga il punto di accensione e, allo stesso tempo, il materiale fuso viene soffiato via da un flusso d'aria ad alta velocità coassiale al raggio, ottenendo così il taglio del pezzo in lavorazione. Il taglio laser è uno dei metodi di taglio termico.
Il principio del taglio laser è illustrato nella figura sottostante.
Classificazione
Il taglio laser può essere suddiviso in quattro categorie: taglio laser per vaporizzazione, taglio laser per fusione, taglio laser con ossigeno, incisione laser e frattura controllata.
1. Taglio laser a vaporizzazione
Il pezzo in lavorazione viene riscaldato da un raggio laser ad alta densità di energia, che fa aumentare rapidamente la temperatura, raggiungendo il punto di ebollizione del materiale in un tempo molto breve, e il materiale inizia a vaporizzare e formare vapore. I vapori vengono espulsi ad alta velocità e si forma un taglio sul materiale mentre il vapore viene espulso. Il calore di vaporizzazione dei materiali è generalmente molto elevato, quindi il taglio con vaporizzazione laser richiede molta potenza e densità di potenza.
Il taglio laser mediante vaporizzazione viene utilizzato principalmente per tagliare materiali metallici estremamente sottili e materiali non metallici (come carta, stoffa, legno, plastica e gomma, ecc.).
2. Taglio laser a fusione
Nel taglio a fusione laser, il riscaldamento laser viene utilizzato per fondere il materiale metallico, quindi il gas non ossidante (Ar, He, N, ecc.) viene spruzzato attraverso un ugello coassiale al raggio. Il metallo liquido viene scaricato dalla forte pressione del gas per formare un'incisione. Il taglio a fusione laser non richiede che il metallo sia completamente vaporizzato e l'energia richiesta è solo 1/10 del taglio a vaporizzazione.
Il taglio mediante fusione laser viene utilizzato principalmente per tagliare materiali difficilmente ossidabili o metalli attivi, come acciaio inossidabile, titanio, alluminio e le sue leghe.
3. Taglio laser all'ossigeno
Il principio del taglio laser a ossigeno è simile al taglio ossiacetilenico. Utilizza il laser come fonte di calore di preriscaldamento e gas attivi come l'ossigeno come gas di taglio. Da un lato, il gas spruzzato reagisce con il metallo da taglio per produrre una reazione di ossidazione e rilasciare una grande quantità di calore di ossidazione; dall'altro lato, l'ossido fuso e la massa fusa vengono soffiati fuori dalla zona di reazione per formare un'incisione nel metallo. Poiché la reazione di ossidazione durante il processo di taglio genera molto calore, l'energia richiesta per il taglio laser a ossigeno è solo la metà di quella per il taglio di fusione e la velocità di taglio è molto maggiore di quella per il taglio di vaporizzazione laser e il taglio di fusione. Il taglio laser a ossigeno è utilizzato principalmente per materiali metallici facilmente ossidabili come acciaio al carbonio, acciaio al titanio e acciaio trattato termicamente.
4. Incisione laser e frattura controllata
La incisione laser utilizza un laser ad alta densità di energia per scansionare la superficie di un materiale fragile, facendo evaporare il materiale in una piccola scanalatura quando riscaldato, e quindi viene applicata una certa pressione, in modo che il materiale fragile si rompa lungo la piccola scanalatura. I laser utilizzati per la incisione laser sono generalmente laser Q-switched e laser CO2.
La frattura controllata sfrutta la distribuzione netta della temperatura generata dalla scanalatura laser per generare uno stress termico locale nel materiale fragile, provocandone la rottura lungo la piccola scanalatura.
Caratteristiche
Rispetto ad altri metodi di taglio termico, le caratteristiche generali del taglio laser sono la velocità di taglio elevata e l'alta qualità. Possono essere riassunte come segue.
⑴ Buona qualità di taglio
Grazie al piccolo punto laser, all'elevata densità di energia e alla rapida velocità di taglio, il taglio laser può raggiungere una migliore qualità di taglio.
① L'incisione del taglio laser è stretta, i due lati della fessura sono paralleli e perpendicolari alla superficie e la precisione dimensionale delle parti tagliate può raggiungere ±0.05mm.
② La superficie di taglio è liscia e bella, con una rugosità superficiale di sole decine di micron. Il taglio laser può essere utilizzato anche come ultimo processo senza lavorazione meccanica e le parti possono essere utilizzate direttamente.
③ Dopo che il materiale è stato tagliato al laser, la larghezza della zona interessata dal calore è molto piccola, le prestazioni del materiale vicino alla fessura sono quasi inalterate e la deformazione del pezzo è piccola, la precisione di taglio è elevata, la geometria della fessura è buona e la forma della sezione trasversale della fessura presenta una forma rettangolare relativamente regolare. Il confronto tra i metodi di taglio laser, taglio ossiacetilenico e taglio al plasma è mostrato nella Tabella 1. Il materiale da taglio è una piastra di acciaio a basso tenore di carbonio spessa 6,2 mm.
⑵ Elevata efficienza di taglio Grazie alle caratteristiche di trasmissione del laser, la macchina per il taglio laser è generalmente dotata di più banchi da lavoro CNC e l'intero processo di taglio può essere completamente controllato da CNC. Durante il funzionamento, è sufficiente modificare il programma CNC per applicare il taglio di parti di forme diverse, che possono eseguire sia il taglio bidimensionale che il taglio tridimensionale.
⑶ Velocità di taglio elevata
Quando si taglia una piastra di acciaio a basso tenore di carbonio di 2 mm di spessore con un laser da 1200 W, la velocità di taglio può raggiungere i 600 cm/min; quando si taglia una piastra di resina di polipropilene di 5 mm di spessore, la velocità di taglio può raggiungere i 1200 cm/min. Il materiale non deve essere bloccato e fissato durante il taglio laser, il che può far risparmiare sia utensili e dispositivi di fissaggio che tempo ausiliario per il carico e lo scarico.
⑷ Taglio senza contatto
Durante il taglio laser, la torcia da taglio non entra in contatto con il pezzo in lavorazione e non c'è usura dell'utensile. Per elaborare parti di forme diverse, non è necessario sostituire l'"utensile", è necessario modificare solo i parametri di output del laser. Il processo di taglio laser ha basso rumore, basse vibrazioni e nessun inquinamento.
⑸ Molti tipi di materiali da taglio
Rispetto al taglio ossiacetilenico e al taglio al plasma, i materiali tagliati al laser sono di molti tipi, tra cui metalli, non metalli, materiali compositi a base di metallo e non a base di metallo, pelle, legno e fibre. Tuttavia, per materiali diversi, a causa delle loro proprietà termofisiche e dei diversi tassi di assorbimento dei laser, mostrano una diversa adattabilità al taglio laser. Utilizzando il laser CO2, le prestazioni di taglio laser di vari materiali sono mostrate nella Tabella 2.
(6) Svantaggi: a causa delle limitazioni della potenza laser e delle dimensioni dell'apparecchiatura, il taglio laser può tagliare solo piastre e tubi di spessore medio e piccolo e, all'aumentare dello spessore del pezzo, la velocità di taglio diminuisce in modo significativo.
