W technologii cięcia laserem, tryb wyjściowy lasera jest jednym z kluczowych czynników, który determinuje mechanizm obróbki i wydajność cięcia. Zgodnie z czasowym rozkładem energii wyjściowej lasera, lasery są głównie klasyfikowane na lasery ciągłe i lasery impulsowe. Te dwa typy laserów wykazują różne charakterystyki sprzężenia energii, zachowania interakcji termicznej i adaptację do obróbki w zastosowaniach związanych z cięciem.
I. Charakterystyka laserów ciągłych w zastosowaniach związanych z cięciem
Laser ciągły odnosi się do lasera, który emituje stabilną wiązkę laserową o stałej mocy podczas pracy. Energia lasera jest stale rozłożona w czasie, a materiał pozostaje pod stałym obciążeniem termicznym przez cały proces cięcia.
Podczas cięcia, laser ciągły stale nagrzewa powierzchnię materiału, powodując szybki wzrost temperatury. Gdy temperatura osiągnie punkt topnienia lub punkt parowania, tworzy się stabilny basen stopionego materiału. Z pomocą gazu pomocniczego, stopiony materiał jest skutecznie usuwany ze szczeliny, umożliwiając ciągłe oddzielanie materiału.
Ze względu na stabilne wprowadzanie energii, cięcie laserem ciągłym zapewnia dobrą stabilność basenu stopionego materiału i ciągłość szczeliny, co sprawia, że nadaje się do długich ścieżek cięcia i obróbki złożonych konturów. Jednak stałe wprowadzanie ciepła powoduje również dyfuzję termiczną w materiale, co skutkuje stosunkowo większą strefą wpływu ciepła. Krawędzie mogą doświadczać deformacji termicznych lub zmian mikrostrukturalnych.
Cięcie laserem ciągłym jest szeroko stosowane w obróbce metali o średniej i dużej grubości, takich jak przemysłowe cięcie stali węglowej, stali nierdzewnej i stopów aluminium. Jest szczególnie odpowiednie do zastosowań o wysokich wymaganiach dotyczących wydajności cięcia i przepustowości produkcji.
II. Charakterystyka laserów impulsowych w zastosowaniach związanych z cięciem
Laser impulsowy emituje krótkotrwałe, wysokoenergetyczne impulsy laserowe z określoną częstotliwością powtarzania. Energia lasera jest rozłożona okresowo w czasie. Każdy impuls ma bardzo krótki czas trwania, ale wysoką moc szczytową.
W zastosowaniach związanych z cięciem, lasery impulsowe działają na powierzchnię materiału poprzez natychmiastową gęstość energii, powodując szybkie topienie lub parowanie lokalnych obszarów. Usuwanie materiału odbywa się stopniowo poprzez nakładanie się impulsów, a proces cięcia przejawia się jako ciągłe gromadzenie się usuwania materiału w mikroskali.
Ponieważ czas interakcji każdego impulsu jest bardzo krótki, ciepło ma niewystarczająco dużo czasu, aby rozproszyć się do otaczających obszarów. W rezultacie, cięcie laserem impulsowym wytwarza mniejszą strefę wpływu ciepła i ma ograniczony wpływ na mikrostrukturę materiału i morfologię krawędzi. Ta charakterystyka zapewnia wyraźne korzyści w precyzyjnym cięciu i obróbce materiałów wrażliwych na ciepło.
Lasery impulsowe są powszechnie stosowane do cienkich blach metalowych, precyzyjnych komponentów, mikrootworów i obróbki wąskich szczelin. Nadają się również do materiałów o wysokiej refleksyjności lub zastosowań o surowych wymaganiach dotyczących jakości krawędzi cięcia.
III. Wpływ trybu interakcji energii na wydajność cięcia
Różnice w wydajności cięcia między laserami ciągłymi i impulsowymi wynikają zasadniczo z różnic w czasowym i przestrzennym rozkładzie energii lasera. Lasery ciągłe kładą nacisk na stabilne wprowadzanie energii i ciągłe topienie, co sprawia, że są bardziej odpowiednie do cięcia zorientowanego na wydajność. Lasery impulsowe opierają się na wysokiej mocy szczytowej, aby osiągnąć precyzyjne usuwanie materiału, kładąc większy nacisk na kontrolę termiczną i dokładność obróbki.
W praktycznych procesach cięcia, lasery ciągłe zazwyczaj wykazują większe prędkości cięcia i silniejszą zdolność do obróbki grubych płyt, podczas gdy lasery impulsowe wykazują zalety w zdolności przebijania, kontroli jakości krawędzi i tłumieniu efektów termicznych.
IV. Praktyczne rozważania dotyczące wyboru procesu cięcia
Przy wyborze między laserami ciągłymi i impulsowymi do zastosowań związanych z cięciem, należy kompleksowo wziąć pod uwagę takie czynniki, jak grubość materiału, przewodność cieplna, refleksyjność i wymagana dokładność obróbki. W przypadku płyt wielkoformatowych i wykrawania części konstrukcyjnych, lasery ciągłe są bardziej zgodne z wymaganiami produkcji przemysłowej. W przypadku precyzyjnej obróbki, cięcia cienkich materiałów lub obróbki specjalnych materiałów, lasery impulsowe oferują lepszą adaptację do procesu.
W niektórych zastosowaniach, modulacja mocy laserów ciągłych może być stosowana w celu uzyskania zachowania quasi-impulsowego, umożliwiając równowagę między wydajnością cięcia a kontrolą efektu termicznego.
Lasery ciągłe i lasery impulsowe odgrywają różne role procesowe w zastosowaniach związanych z cięciem. Wykazują one zasadnicze różnice w charakterystyce wyjściowej energii, mechanizmach interakcji materiału i odpowiednich zakresach cięcia. Jasne zrozumienie zasad działania obu typów laserów, w połączeniu ze specyficznymi wymaganiami obróbki, jest niezbędne do uzyskania stabilnej jakości cięcia i poprawy ogólnej wydajności obróbki.