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Principio di funzionamento della macchina da taglio laser: come funziona?

Negli ultimi decenni, con il rapido sviluppo della tecnologia del taglio laser, l’applicazione delle macchine da taglio laser nell’industria manifatturiera è diventata sempre più diffusa. La lavorazione del taglio laser sostituisce i tradizionali coltelli meccanici con raggi di luce invisibili, che hanno le caratteristiche di elevata precisione, taglio veloce, non limitato alle limitazioni del modello di taglio, risparmio automatico del layout dei materiali, taglio regolare e bassi costi di lavorazione. Migliorerà o sostituirà gradualmente le tradizionali attrezzature per il taglio dei metalli. Il principio di funzionamento della macchina da taglio laser fa sì che la parte meccanica della lama laser non entri in contatto con il pezzo in lavorazione e non provochi graffi sulla superficie di lavoro durante il funzionamento. La velocità di taglio laser è elevata, l'incisione è liscia e piatta e generalmente non richiede un'elaborazione successiva. La zona interessata dal calore del taglio è piccola, la deformazione della piastra è piccola e la cucitura del taglio è stretta. L'incisione non presenta stress meccanici e non presenta bave di taglio. La macchina da taglio laser ha un'elevata precisione di lavorazione, una buona ripetibilità e nessun danno alla superficie del materiale, la programmazione CNC può elaborare qualsiasi disegno piatto e può tagliare tavole intere di grandi dimensioni senza la necessità di stampi, il che è economico e fa risparmiare tempo.

Poiché le macchine da taglio laser presentano così tanti vantaggi, sempre più persone desiderano acquistare una macchina da taglio laser. Tuttavia, molte persone che non sono state esposte al settore delle apparecchiature laser non hanno ancora molta familiarità con il principio e la composizione delle macchine da taglio laser. Oggi in questo articolo renderemo popolare a tutti la conoscenza rilevante delle macchine da taglio laser.

Principio di funzionamento della macchina da taglio laser

La macchina da taglio laser utilizza un raggio focalizzato ad alta densità di potenza per funzionare, consentendo al materiale irradiato di sciogliersi, evaporare, ablare o incendiarsi rapidamente e di tagliare il pezzo soffiando via il materiale fuso attraverso un flusso d'aria ad alta velocità coassiale al raggio.

Quando il raggio laser interagisce con il materiale, si verificano diversi processi. Il forte calore generato dal raggio laser aumenta rapidamente la temperatura del materiale, facendolo sciogliere, evaporare o subire reazioni chimiche. L'interazione specifica dipende dalle caratteristiche del materiale, come il coefficiente di assorbimento e il punto di fusione, nonché dai parametri del laser, come la densità di potenza e la durata dell'impulso.

Per i materiali a basso punto di fusione, come la plastica, il raggio laser può sciogliere il materiale durante la penetrazione. Successivamente, il materiale fuso viene soffiato via da un getto di gas, formando un taglio (larghezza di taglio). Nel caso di materiali con punti di fusione più elevati (come i metalli), il raggio laser fa evaporare direttamente il materiale, formando un taglio stretto e preciso.

Il taglio assistito da gas è comunemente utilizzato nel taglio laser per migliorare il processo di taglio. Gas come ossigeno o azoto vengono soffiati sulla superficie del materiale attraverso l'ugello della testa di taglio. Il gas aiuta a rimuovere i materiali fusi o evaporati dall'area di taglio, raffredda il materiale e previene la comparsa di bave o schiuma. La scelta del gas dipende dal materiale da tagliare e dalla qualità di taglio richiesta.

La larghezza dell'incisione o la larghezza dell'incisione è determinata da diversi fattori, tra cui la potenza del laser, la dimensione del punto focale, lo spessore del materiale e la velocità di taglio. La larghezza dell'incisione può essere controllata regolando questi parametri per ottenere la precisione di taglio desiderata. Inoltre, il taglio laser può causare un fenomeno chiamato conicità, dove il taglio presenta una leggera conicità. L'angolo del cono dipende dalle proprietà del materiale e dai parametri del laser e può essere ridotto al minimo ottimizzando le condizioni di taglio.

Conoscenza di base del laser

Il laser (amplificazione della radiazione stimolata) è un dispositivo che genera fasci di luce coerenti. È costituito da tre componenti principali: mezzo attivo, fonte di energia e risonatore ottico. Il mezzo attivo può essere un solido, un liquido o un gas che emette fotoni quando eccitato da una fonte di energia. I risonatori ottici riflettono i fotoni avanti e indietro attraverso mezzi attivi, amplificando e allineando le onde luminose. Questo processo porta alla formazione di un raggio laser potente e coerente.

Tipi di macchine da taglio laser

Esistono diversi tipi di laser nelle macchine da taglio laser, inclusi laser CO2, laser Nd: YAG e laser a fibra. Il laser CO2 è il tipo più comune e utilizza una miscela di anidride carbonica, azoto ed elio come mezzo attivo. I laser Nd: YAG utilizzano cristalli allo stato solido, come il granato di ittrio e alluminio drogato al neodimio, come mezzo attivo. D'altra parte, i laser a fibra utilizzano fibre drogate con elementi di terre rare come mezzo attivo. Ogni tipo di laser ha le sue prestazioni uniche, adatte ad applicazioni di taglio specifiche.

Attualmente, i laser tradizionali sono i laser a CO2 e a fibra.

Laser CO2

Il laser CO2 è uno dei primi e più popolari tipi di laser. Lo scarico del gas non è interamente costituito da anidride carbonica. Contiene anidride carbonica, azoto, idrogeno, xeno ed elio.

Esistono due opzioni per il taglio laser CO2: utilizzando ossigeno o azoto. L'ossigeno è preferibile per il taglio laser di materiali più spessi. L'azoto è preferibile per il taglio laser di lastre sottili. Utilizzare il taglio laser a ossigeno e CO2 per formare uno strato di ossido sulla superficie di taglio. Per evitare questa situazione, sul pezzo vengono effettuati processi di pretrattamento come la sabbiatura. Il taglio laser CO2 è comunemente utilizzato per tagliare materiali non metallici, come legno, plastica, vetro e tessuti. È anche possibile tagliare metalli come acciaio a basso tenore di carbonio, acciaio inossidabile e alluminio con le impostazioni corrette.

Taglio Laser Fibra

Il principio di funzionamento della macchina da taglio laser a fibra consiste nell'utilizzare il laser solido per fondere e penetrare i metalli, ottenendo un taglio preciso ed efficiente. Il mezzo laser per questa tecnologia è la fibra anziché il gas o il cristallo. Il laser è un tipo di luce concentrata e la fibra ottica è un mezzo di guadagno attivo che può elevare il laser a uno stato di potenza più elevato.

Il taglio laser a fibra è un metodo di taglio termico che utilizza un raggio laser focalizzato ad alta potenza come principale fonte di calore. Il generatore laser a fibra utilizza componenti in fibra ottica ad alta potenza per trasmettere forti fasci di luce. Il raggio laser viene focalizzato sull'area e il materiale si scioglie ed evapora rapidamente. Macchina da taglio laser fibra può tagliare la maggior parte dei materiali di diverso spessore a seconda della funzione dell'attrezzatura.

La macchina da taglio laser a fibra è un processo di taglio laser che utilizza un generatore laser ottico per tagliare i materiali. Può tagliare con precisione e qualità vari materiali. Sebbene il principio di base della macchina da taglio laser a fibra sia fondamentalmente lo stesso di quello di altre macchine da taglio laser, la differenza principale sta nel modo in cui l'energia viene trasmessa e focalizzata sul pezzo.

Emette un raggio di luce altamente focalizzato attraverso un generatore laser a fibra. Quindi, il raggio laser viene guidato verso il materiale da tagliare concentrandosi sulla lente. Focalizzando il raggio laser si genererà una piccola e potente fonte di calore. Dopo aver allineato la superficie del materiale, può sciogliere ed evaporare rapidamente il materiale, ottenendo un taglio ad alta precisione.

Altri componenti importanti della macchina includono il controllo del suo sistema software e i componenti che guidano e supportano i materiali da taglio. Inoltre, le macchine da taglio laser a fibra possono essere dotate di teste di taglio di diverse dimensioni e potenza. In base alle vostre esigenze specifiche e alla macchina da taglio laser personalizzata, è possibile ottenere le prestazioni e i risultati attesi.

Classificazione della tecnologia di taglio laser e principio di funzionamento della macchina da taglio laser

Taglio con vaporizzazione laser

Il pezzo viene riscaldato da un raggio laser ad alta densità di energia e la temperatura aumenta rapidamente. Il materiale raggiunge in breve tempo il punto di ebollizione e inizia ad evaporare formando vapore. Questi vapori vengono espulsi ad alta velocità e formano strette fessure nel materiale mentre vengono espulsi. Il calore di evaporazione dei materiali è solitamente elevato, quindi il taglio con gassificazione laser richiede una potenza e una densità di potenza più elevate.

Il taglio con vaporizzazione laser è comunemente utilizzato per tagliare metalli molto sottili e materiali non metallici.

Taglio con fusione laser

Durante la fusione e il taglio laser, il materiale metallico viene fuso mediante riscaldamento laser, quindi il gas non ossidante viene spruzzato attraverso un ugello coassiale al raggio di luce. Il metallo liquido viene scaricato attraverso la forte pressione del gas formando una fessura. La fusione e il taglio laser non richiedono la completa evaporazione del metallo e l'energia richiesta è solo 1/10 di quella del taglio ad evaporazione.

Il taglio laser melting viene utilizzato principalmente per tagliare alcuni materiali non ossidabili o metalli attivi.

Taglio laser con ossigeno

Il principio del taglio laser con ossigeno è simile a quello del taglio con ossigeno-acetilene. Utilizza il laser come fonte di calore di preriscaldamento e gas attivi come l'ossigeno come gas da taglio. Il gas iniettato reagisce da un lato con il metallo da taglio, generando una grande quantità di calore di ossidazione. D'altro canto, gli ossidi fusi e i materiali fusi vengono espulsi dalla zona di reazione, formando lacune nel metallo. A causa dell'ossidazione generata durante il processo di taglio, viene generata una grande quantità di calore e l'energia richiesta per il taglio laser con ossigeno è solo la metà di quella necessaria per la fusione e il taglio, mentre la velocità di taglio è molto più veloce di quella per il taglio con vaporizzazione laser e taglio di fusione. Il taglio laser con ossigeno viene utilizzato principalmente dalle macchine da taglio laser per metalli per tagliare materiali metallici facilmente ossidabili come acciaio al carbonio, acciaio al titanio e acciaio trattato termicamente.

Taglio controllato dalla frattura

Il taglio a frattura controllata è noto anche come cracking da stress termico. È adatto per tagliare materiali fragili. Quando viene applicata una forza o una temperatura incontrollata, i materiali fragili spesso si fratturano in frammenti. Il taglio con controllo della frattura concentra un raggio laser molto stretto sulla superficie di un piccolo pezzo. Genererà un gradiente termico, causando la comparsa di crepe nel pezzo in quella posizione. Quindi, il laser si muove in modo molto veloce e controllabile per propagare le crepe lungo l'incisione.

Quando si taglia vetro e ceramica, viene solitamente utilizzato il taglio con controllo della frattura. Il laser non è penetrato completamente nello spessore del materiale. Solo una parte dello spessore è stata tagliata, mentre il resto si è separato per rottura.

Taglio invisibile

Il taglio invisibile è una tecnologia di taglio laser avanzata utilizzata per tagliare i chip dei semiconduttori. Funziona in due fasi: fase di irradiazione laser e fase di espansione. Il laser non scioglie il pezzo perché produce materiale fuso indesiderato. Al contrario, la fase di irradiazione utilizza una lunghezza d'onda del laser che attraversa completamente il pezzo.

Tuttavia, questa lunghezza d'onda genera deformazioni interne e crepe nel pezzo. Quindi, la fase di espansione genera uno stress di espansione sul pezzo. Questa sollecitazione divide il pezzo in molti blocchi nell'area del difetto interno. Il risultato finale è un wafer dal taglio netto e senza residui.

Valutazione del vettore

L'incisione vettoriale è una tecnica di taglio laser utilizzata per intagliare i pezzi. Il laser non penetra nell'intero spessore del materiale. Al contrario, il laser seguirà la direzione specificata dal vettore.

Sfocando il raggio laser, lo spessore dell'intaglio può essere facilmente regolato. Anche la profondità dell'intaglio può essere regolata. L'intaglio vettoriale può creare disegni complessi semplici e diretti.

Le macchine da taglio laser sono generalmente costituite dai seguenti componenti

Laser: si riferisce a un generatore laser, conversione elettro-ottica e apparecchiature che emettono energia laser.
Testa di taglio: include parti come ugello, lente di messa a fuoco e software del sistema di tracciamento della messa a fuoco.
Componente di trasmissione della luce: mappatura delle lenti riflettenti per fornire l'orientamento necessario per la guida del laser.
Sistema CNC: controlla la macchina utensile per ottenere il movimento degli assi X, Y e Z, controllando anche la potenza di uscita del laser.
Sistema di refrigerazione: un dispositivo di raffreddamento a circolazione utilizzato per raffreddare il laser e la testa di taglio, eliminando il calore non necessario per mantenere il normale funzionamento dell'apparecchiatura e garantendo una qualità di trasmissione del raggio uniforme.
Regolatore di tensione: stabilizza la tensione di alimentazione delle apparecchiature di taglio laser, garantendo un funzionamento regolare e un effetto protettivo.
Compressore d'aria: durante il taglio dell'aria, fornisce un dispositivo di fonte d'aria per l'attrezzatura per garantire la pressione e la portata richieste.
Serbatoio di stoccaggio del gas: compreso il serbatoio del gas materiale e il serbatoio del gas ausiliario durante il funzionamento della macchina da taglio laser, utilizzato per riempire il gas chimico causato dalle fluttuazioni del laser e fornire gas ausiliario alle teste di taglio.
dispositivo di filtraggio: utilizzato per fornire gas secco pulito al generatore laser e al canale luminoso per mantenere il normale funzionamento del canale e della lente riflettente.

Attrezzature per la rimozione della polvere: aspirano la polvere e il fumo generati durante la produzione e la lavorazione e li filtrano.

In una macchina da taglio laser, la testa di taglio laser si muove sulla piastra metallica dando la forma alla parte desiderata, ritagliando così la parte dalla piastra. Il sistema di controllo capacitivo dell'altezza mantiene una distanza molto precisa tra l'estremità dell'ugello e la piastra di taglio. Questa distanza è importante perché determina la posizione del fuoco rispetto alla superficie della lastra. La qualità del taglio può essere influenzata alzando o abbassando la messa a fuoco dall'alto, sopra o sotto la superficie della lamiera.

Il principio di funzionamento di una macchina da taglio laser è focalizzare il raggio laser su un pezzo di materiale. La potenza del laser è così elevata che, una volta focalizzato, aumenterà la temperatura del materiale da tagliare a una temperatura sufficientemente elevata, sciogliendo o facendo evaporare il materiale in una piccola area in cui viene focalizzato il raggio. Di solito, i gas ausiliari vengono utilizzati per aiutare a spingere i materiali fusi fuori dall'area di taglio. Ciò è particolarmente vero per il taglio di fogli spessi come metallo o compensato.

Per tagliare la forma, spostare la testa del laser e utilizzare una qualche forma di portale per posizionare il raggio sul nuovo materiale, tagliando così una linea invece di un piccolo foro stenopeico. I tipi di sistemi di movimento includono cremagliere e pignoni, viti a ricircolo di sfere e motori lineari. I motori lineari sono i più costosi, ma hanno la velocità più elevata e la massima precisione. La cremagliera e il pignone forniscono quasi la stessa velocità e precisione, ma a un prezzo inferiore. Alcuni piccoli appassionati di laser possono anche utilizzare cinghie dentate e motori passo-passo per spostare le teste laser. In ogni caso, un sistema con feedback servo ed encoder può migliorare notevolmente la precisione del sistema di taglio laser, inoltre il telaio rigido può anche essere isolato dalle vibrazioni.

Per le operazioni di taglio laser è importante scegliere una lunghezza d'onda che sia altamente assorbente dal materiale da tagliare.

Quando l'energia laser viene diretta sulla superficie del materiale, il materiale assorbe così tanta energia che si riscalda rapidamente oltre la temperatura di fusione e raggiunge la temperatura di degradazione.

Alla temperatura di degradazione, il materiale si decomporrà e si decomporrà. Quando si verifica questa situazione, solitamente viene rilasciato del fumo.

Il bordo dell'incisione può essere riscaldato ad un livello inferiore e effettivamente fuso e modificato. Questo può effettivamente essere utilizzato come utile meccanismo di tenuta per i materiali in fibra, ad esempio per prevenire la filettatura.

Quando la macchina per il taglio laser è in funzione, è meglio inclinare il laser in modo che il fumo generato durante il processo di taglio non si accumuli come fuliggine sui componenti ottici del laser. Inoltre, quando si tagliano (o si saldano) superfici altamente riflettenti, è importante evitare che il raggio laser venga riflesso dalla superficie sui componenti ottici del laser, cosa che potrebbe danneggiarli.

Il processo di lavoro della macchina da taglio laser CNC

La tecnologia di lavorazione laser offre molte funzioni diverse per diversi settori. Indipendentemente dalle caratteristiche di queste macchine, il loro flusso di lavoro di base è lo stesso. Di seguito sono riportate le fasi di lavoro di una macchina laser CNC:

Carica il codice G

Quando l'operatore carica il codice G nel sistema, la macchina inizia a funzionare. Il codice G indica la direzione del movimento della macchina per il taglio laser.

Generazione del raggio laser

Una volta che la macchina inizia a funzionare, il risonatore laser genererà un raggio di luce. Per vari tipi di laser, il processo di generazione del laser può essere diverso. Anche il colore del laser può essere diverso. Ad esempio, in un laser a CO2, il generatore laser emette luce infrarossa. Questo tipo di raggio laser è completamente visibile all'occhio umano.

Laser guida

Il sistema direzionale dirige il raggio laser verso il sistema di focalizzazione. Una serie di specchi può cambiare direzione. Un dispositivo di piegatura del raggio dedicato può anche piegare il laser generato nell'area di messa a fuoco.

Messa a fuoco laser

Il sistema di focalizzazione riduce la larghezza del raggio laser e ne aumenta la potenza. Ciò si ottiene utilizzando una testa di focalizzazione laser e una lente di focalizzazione. Il sistema di messa a fuoco garantisce inoltre che il raggio laser focalizzato sia completamente circolare e privo di luce diffusa. Il raggio laser viene emesso dalla macchina attraverso un ugello.

Taglio del materiale

Il raggio laser focalizzato viene guidato sul materiale del pezzo. Il punto di contatto viene esposto al raggio laser per un tempo sufficiente a fondere il materiale. Il tempo di esposizione varia a seconda dello spessore e del tipo di materiale.

Movimento della testa di taglio

Il sistema meccanico sposta la testa laser nella forma desiderata secondo le istruzioni del codice G. La velocità di movimento varia a seconda del lavoro specifico.

Conclusione

La tecnologia di taglio laser CNC è all'avanguardia nel settore manifatturiero e offre precisione, velocità e versatilità senza precedenti. Comprendere il principio di funzionamento della macchina da taglio laser può aiutare gli utenti a imparare quale tipo di macchina da taglio laser dovrebbero acquistare. Con lo sviluppo della tecnologia, aziende come SC stanno guidando la tendenza fornendo soluzioni innovative per soddisfare le esigenze in continua evoluzione del settore. Non solo forniamo un unico set di macchina per il taglio laser in fibra di lamiera in vendita ma possiamo anche progettare e produrre sistema di carico scarico per macchina taglio laser per soddisfare le esigenze di automazione dei clienti. Che tu sia un piccolo imprenditore, un hobbista o un produttore industriale, investire in macchine da taglio laser CNC può cambiare le tue attività, aprendo nuove possibilità di progettazione, prototipazione e produzione.

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