Ce este tăierea cu laser?

Tăierea cu laser este o metodă de tăiere termică care utilizează un fascicul laser focalizat cu densitate mare de putere pentru a iradia piesa de prelucrat. Aceasta face ca materialul iradiat să se topească, să se vaporizeze, să se ablaționeze sau să atingă rapid punctul de aprindere. Între timp, un flux de aer de mare viteză coaxial cu fasciculul laser îndepărtează materialul topit, tăind astfel piesa de prelucrat.

Clasificarea și caracteristicile tăierii cu laser

Tăierea cu laser poate fi împărțită în patru tipuri: tăiere prin vaporizare cu laser, tăiere prin fuziune cu laser, tăiere cu oxigen cu laser și scriere cu laser și fracturare controlată.

Tăiere prin vaporizare cu laser

Folosește un fascicul laser cu densitate energetică ridicată pentru a încălzi piesa de prelucrat, ridicând rapid temperatura acesteia până la punctul de fierbere al materialului într-un timp extrem de scurt, provocând vaporizarea materialului și formarea de vapori. Vaporii sunt ejectați cu viteză mare, creând o tăietură în material pe măsură ce scapă. Deoarece majoritatea materialelor au o căldură de vaporizare ridicată, tăierea prin vaporizare cu laser necesită o putere și o densitate de putere substanțiale.

Tăiere prin fuziune cu laser

În tăierea prin fuziune cu laser, laserul încălzește și topește materialul metalic. Un gaz neoxidant (cum ar fi Ar, He, N etc.) este apoi suflat printr-o duză coaxială cu fasciculul laser. Presiunea ridicată a gazului expulzează metalul topit, formând o tăietură. Spre deosebire de tăierea prin vaporizare, această metodă nu necesită vaporizarea completă a materialului și consumă doar 1/10 din energia necesară pentru tăierea prin vaporizare. Este utilizată în principal pentru tăierea metalelor neoxidabile sau reactive, inclusiv oțelul inoxidabil, titanul, aluminiul și aliajele acestora.

Tăiere cu oxigen cu laser

Principiul tăierii cu oxigen cu laser este similar cu tăierea oxiacetilenică. Laserul acționează ca o sursă de căldură pentru preîncălzire, în timp ce gazele active (cum ar fi oxigenul) servesc drept gaz de tăiere. Pe de o parte, gazul suflat reacționează cu metalul tăiat, declanșând o reacție de oxidare care eliberează o cantitate mare de căldură de oxidare. Pe de altă parte, elimină oxizii topiți și topiturile din zona de reacție, formând o tăietură în metal. Reacția de oxidare din timpul tăierii generează o căldură semnificativă, astfel încât tăierea cu oxigen cu laser necesită doar jumătate din energia tăierii prin fuziune, în timp ce viteza sa de tăiere este mult mai rapidă decât cea a tăierii prin vaporizare și fuziune. Se aplică în principal materialelor metalice oxidabile, cum ar fi oțelul carbon, oțelul titan și oțelul tratat termic.

Scriere cu laser și fractură controlată

Scrierea cu laser utilizează un laser cu densitate mare de energie pentru a scana suprafața materialelor fragile, evaporând un mic canal. Aplicarea unei anumite cantități de presiune face ca materialul fragil să se fractureze de-a lungul canalului. Laserele cu comutare Q și laserele CO₂ sunt utilizate în mod obișnuit pentru scrierea cu laser. Fractura controlată valorifică distribuția abruptă a temperaturii generată în timpul canelurii cu laser pentru a crea stres termic local în materialele fragile, determinându-le să se rupă de-a lungul canalului trasat.

Aplicații ale tăierii cu laser

Majoritatea mașinilor de tăiere cu laser sunt acționate prin programe de comandă numerică (NC) sau configurate ca roboți de tăiere. Ca metodă de prelucrare de precizie, tăierea cu laser poate tăia aproape toate materialele, inclusiv tăierea 2D sau 3D a foilor metalice subțiri. În domeniul aerospațial, tehnologia de tăiere cu laser este utilizată în principal pentru tăierea materialelor aerospațiale speciale, cum ar fi aliajele de titan, aliajele de aluminiu, aliajele de nichel, aliajele de crom, oțelul inoxidabil, oxidul de beriliu, materialele compozite, materialele plastice, ceramica și cuarțul. Componentele aerospațiale prelucrate prin tăiere cu laser includ tuburi de flacără pentru motoare, carcase din aliaj de titan cu pereți subțiri, cadre de aeronave, învelișuri din aliaj de titan, lonjeroane de aripi, panouri de aripă de coadă, rotoare principale de elicoptere și plăci termoizolante ceramice pentru navete spațiale.