Grunnleggende om laserskjæring

Lasere ble først brukt til skjæring så tidlig som på 1970-tallet. I moderne industriell produksjon er laserskjæring mer utbredt i metallplater, plast, glass, keramikk, halvledere, tekstiler, tre- og papirbehandling og andre materialer.

 

 

Når den fokuserte laserstrålen treffer arbeidsstykket, varmes det bestrålte området opp dramatisk for å smelte eller fordampe materialet. Når laserstrålen trenger inn i arbeidsstykket, begynner skjæreprosessen: laserstrålen beveger seg langs konturlinjen mens materialet smelter. Det smeltede materialet blåses vanligvis vekk fra snittet av en luftstråle, og etterlater en smal spalte mellom den kuttede delen og plateholderen som er nesten like bred som den fokuserte laserstrålen.

 

Flammekutting
Flammeskjæring er en standardprosess som brukes ved skjæring av bløtt stål, med oksygen som skjæregass. Oksygen settes under trykk til opptil 6 bar og blåses inn i kuttet. Der reagerer det oppvarmede metallet med oksygenet: det begynner å brenne og oksidere. Den kjemiske reaksjonen frigjør en stor mengde energi (opptil fem ganger energien til laseren) som hjelper laserstrålen med å skjære.

 

Smelteskjæring
Smelteskjæring er en annen standardprosess som brukes ved skjæring av metaller. Den kan også brukes til å kutte andre smeltbare materialer som keramikk.

Nitrogen eller argon brukes som skjæregass, og et gasstrykk på 2 til 20 bar blåses gjennom snittet. Argon og nitrogen er inerte gasser, som gjør at de ikke reagerer med det smeltede metallet i snittet, men bare blåser det bort mot bunnen. Samtidig beskytter de inerte gassene den kuttede kanten mot luftoksidasjon.

 

Trykkluftskjæring
Trykkluft kan også brukes til å kutte tynne plater. Luft under trykk til 5-6 bar er tilstrekkelig til å blåse bort det smeltede metallet i kuttet. Siden nesten 80 % av luften er nitrogen, er trykkluftskjæring i hovedsak et smeltesnitt.

 

Plasma-assistert skjæring
Hvis parametrene er riktig valgt, vil en plasmasky vises i det plasmaassisterte fusjonsskjæresnittet. Plasmaskyen består av ionisert metalldamp og ionisert skjæregass. Plasmaskyen absorberer CO2-laserens energi og konverterer den til arbeidsstykket slik at mer energi kobles til arbeidsstykket og materialet vil smelte raskere, noe som resulterer i en raskere skjærehastighet. Av denne grunn kalles denne skjæreprosessen også høyhastighets plasmaskjæring.

Plasmaskyen er faktisk gjennomsiktig med hensyn til faststofflasere, så plasmaassistert smelteskjæring er kun mulig med CO2-lasere.

 

Gassifiseringsskjæring
Fordampningsskjæring fordamper materialet, og minimerer den termiske effekten på det omkringliggende materialet. Dette kan oppnås ved å bruke kontinuerlig CO2-laserbehandling for å fordampe materialer med lav varme og høy absorpsjon, som tynne plastfilmer samt ikke-smeltende materialer som tre, papir og skum.
Ultrakorte pulserende lasere gjør at denne teknologien kan brukes på andre materialer. De frie elektronene i metallet absorberer laseren og varmes opp dramatisk. Laserpulsen reagerer ikke med de smeltede partiklene og plasmaet, materialet sublimeres direkte og det er ikke tid for energien å overføres til det omkringliggende materialet i form av varme. Picosecond-pulser fjerner materialet uten synlig termisk effekt, ingen smelting og ingen graddannelse.

 

Parametere: Justering av prosessen
Mange parametere påvirker laserskjæreprosessen, hvorav noen avhenger av den tekniske ytelsen til laseren og maskinen, mens andre er variable.

 

Polarisering
Polarisering indikerer hvor stor prosentandel av laserlyset som konverteres. Typisk polarisering er vanligvis rundt 90 %. Dette er tilstrekkelig for skjæring av høy kvalitet.

Fokus Diameter
Brennvidden påvirker snittets bredde og kan endres ved å endre brennvidden til fokuslinsen. En mindre brennvidde betyr et smalere snitt.

Fokusposisjon
Plasseringen av brennpunktet bestemmer strålediameteren og effekttettheten på overflaten av arbeidsstykket samt formen på snittet.

Laserkraft
Laserkraften bør tilpasses type prosessering, materialtype og tykkelse. Effekten må være høy nok til at effekttettheten på arbeidsstykket overstiger prosesseringsterskelen.