El tall per làser és una tecnologia de fabricació avançada que empra raigs làser d'alta{0}}potència-densitat juntament amb equips CNC per dur a terme un processament de material sense-contacte. La tecnologia té els seus orígens el 1965, quan es va aplicar la primera màquina de tall per làser a la perforació de diamants, i el Regne Unit va aconseguir el primer tall de metalls assistit per làser-l'any 1967. Durant la dècada de 1970, la tecnologia de tall per làser va començar a penetrar en el sector aeroespacial i, després de l'adopció progressiva del làser de CO190, es va estendre de manera generalitzada. va substituir els processos convencionals de tall per plasma.
Com a mètode de tall tèrmic, el tall per làser es distingeix per una qualitat de tall superior, una alta eficiència i una flexibilitat excepcional, que permet una producció que va des de treballs personalitzats d'una sola unitat-a fabricació en gran-volum.
Principis de funcionament
1.1 Generació làser i característiques del feix
El làser (amplificació de la llum per emissió estimulada de radiació) produeix un feix monocromàtic altament coherent mitjançant l'emissió estimulada. Un sistema làser consta de tres components fonamentals: un medi actiu (sòlid, líquid o gas), una font d'energia (mecanisme de bombeig) i un ressonador òptic. Quan el medi actiu està energitzat, emet fotons; el ressonador reflecteix aquests fotons cap endavant i cap enrere a través del medi, amplificant i alineant les ones de llum per generar finalment un raig làser d'alta-energia- densitat.
Els raigs làser es diferencien de la llum ordinària en diversos aspectes crítics: alta intensitat, rang de freqüències extremadament estret (monocromaticitat), col·limació nítida i alta coherència.
1.2 Mecanisme físic de tall
El procés de tall per làser implica dues operacions simultànies:
Escalfament del material i transformació de fase: un raig làser enfocat i d'alta densitat de -potència- irradia la superfície de la peça de treball, fent que la regió irradiada experimenti una ràpida escalada de temperatura, que es fongui, vaporitzi, s'ablati o encengui ràpidament el material.
Expulsió de fusió: un gas d'ajuda d'-alta velocitat, coaxial amb el feix, bufa el material fos del tall, aconseguint la separació del material. Aquest corrent de gas protegeix simultàniament l'òptica d'enfocament de la contaminació de vapor i esquitxades.
1.3 Precisió i paràmetres de procés
El tall per làser aconsegueix una precisió dimensional de ± 0,05 mm, amplades de tall de 0,10 a 0,20 mm i una rugositat superficial de l'ordre de desenes de micres. Els paràmetres clau que influeixen en la qualitat del tall inclouen:
Potència del làser i densitat de potència: determineu el gruix del material i la velocitat de tall possibles
Posició focal del feix: afecta l'amplada i la verticalitat del tall
Tipus i pressió de gas d'ajuda: dicta l'eficiència d'expulsió de la fosa
Diàmetre del broquet: normalment oscil·la entre 0,8 mm i 3 mm, seleccionat en funció del material i el gruix
Val la pena assenyalar que els materials altament reflectants com el coure i l'alumini presenten taxes d'absorció extremadament baixes per a longituds d'ona làser específiques, la qual cosa presenta reptes de processament importants.
Classificacions de processos primaris i característiques tècniques
Els processos de tall per làser es classifiquen en quatre tipus principals basats en els mecanismes d'eliminació de material:
2.1 Tall per vaporització per làser
Un raig làser d'alta-energia-densitat escalfa la peça de treball, arriba ràpidament al punt d'ebullició del material i provoca una vaporització directa. L'ejecció de vapor d'alta-velocitat forma simultàniament el tall.
Power density requirement: Typically >10⁸ W/cm²
Materials aplicables: metalls extremadament prims i materials no-metàl·lics (paper, teixit, fusta, plàstics, cautxú, etc.)
Característiques: Alta demanda energètica; adequat per a aplicacions que requereixen evitar residus fosos
2.2 Tall de fusió per làser
L'escalfament làser fon el material i un gas d'ajuda no-oxidant (Ar, He, N₂, etc.) expulsa el metall fos a través d'alta pressió per formar el tall.
Eficiència energètica: només requereix 1/10 de l'energia de tall de vaporització
Materials aplicables: acer inoxidable, titani, alumini i els seus aliatges-materials resistents a l'oxidació o metalls reactius
Avantatge del procés: produeix vores tallades-sense òxids amb una qualitat de vora alta
2.3 Tall amb làser d'oxigen (tall amb flama)
Anàleg al tall d'oxiacetilè, aquest procés utilitza el làser com a font de calor de preescalfament i l'oxigen com a gas de tall. L'oxigen reacciona exotèrmicament amb el metall, alhora que bufa els òxids fosos.
Eficiència energètica: només requereix 1/2 de l'energia del tall de fusió; La velocitat de tall supera significativament tant el tall de vaporització com de fusió
Materials aplicables: acer al carboni, acer de titani i acers{0}}tractats tèrmics-metalls susceptibles a l'oxidació
Limitacions del procés: tall més ample, zona afectada{0}}per la calor més gran, susceptibilitat a la crema de cantonades i una qualitat de vora relativament inferior
2.4 Traçat làser i fractura controlada
L'escriptura làser empra un làser d'alta{0}}energia- densitat per escanejar la superfície dels materials fràgils, vaporitzant una ranura poc profunda per evaporació tèrmica, seguida de força mecànica per trencar el material al llarg de la ranura. La fractura controlada utilitza el fort gradient tèrmic generat pel ranurat làser per crear estrès tèrmic localitzat en el material fràgil, provocant la separació al llarg de la ranura.
Materials aplicables: ceràmica, semiconductors i altres materials trencadissos
Làsers típics: làsers Q-commutats, làsers de CO₂
Dominis d'aplicació i valor de la indústria
La tecnologia de tall per làser ha impregnat múltiples sectors industrials crítics:
Fabricació d'automòbils: marcs de carrosseria, components d'airbag, panells interiors
Aeroespacial: components del motor, conductes d'aliatge de titani, reforços de la pell del fuselatge
Fabricació d'electrònica: micro-components de precisió, plaques de circuits, connectors
Dispositius mèdics: stents coronaris, instruments quirúrgics, dispositius microfluídics
Fabricació de xapa: s'ha convertit en el procés dominant, desplaçant els mètodes convencionals
Conclusió
Com a tecnologia de fabricació bàsica, el tall per làser continua impulsant la transformació industrial gràcies als seus avantatges combinats d'alta precisió, alta eficiència i flexibilitat excepcional. Des del tall per vaporització fins al tall assistit-oxigen, i dels làsers de CO₂ als làsers de fibra, l'evolució tecnològica contínua ha ampliat els límits d'aplicació del tall per làser, permetent un processament eficient i d'alta-qualitat en una gamma més àmplia de materials i gruixos.
