Laserové řezání a gravírování

Pochopení tepelné dynamiky při řezání a gravírování laserem

Laserové řezání a gravírování jsou vysoce přesné a účinné metody zpracování různých materiálů, včetně kovů, plastů a keramiky. Tyto procesy využívají koncentrovaný paprsek světla, obvykle z CO₂ nebo vláknového laseru, k řezání materiálů jejich tavením, spalováním nebo odpařováním.

Ačkoli laserové řezání nabízí řadu výhod - například vysokou přesnost, rychlost a možnost vyrábět složité tvary - přináší také několik tepelných problémů, které mohou ovlivnit kvalitu a efektivitu operace. Laserové řezací stroje mohou generovat extrémně vysoké teploty, v závislosti na materiálu přesahující 1000 °C, což výrazně ovlivňuje zpracovávaný materiál.

Jedním z hlavních problémů při laserovém řezání je tvorba tepelně ovlivněné zóny (HAZ). Intenzivní teplo z laserového paprsku může změnit mikrostrukturu materiálu v okolí řezu, což může vést k mechanické degradaci. Výzkum ukazuje, že velikost a závažnost HAZ jsou ovlivněny různými parametry řezání, včetně výkonu laseru, rychlosti řezání a typu použitého pomocného plynu. Například vysoký výkon laseru a nízké řezné rychlosti mohou zvětšit HAZ, což vede k většímu narušení materiálu a snížení mechanické pevnosti.

Rozložení teploty během laserového řezání úzce souvisí s celkovou kvalitou řezu. Nerovnoměrné rozložení teploty může vést k problémům, jako je tvorba strusky, zvýšená drsnost povrchu a změny šířky prořezu. Vysoké teploty při laserovém řezání mohou navíc způsobit tepelné deformace. Rychlé cykly zahřívání a ochlazování mohou mít za následek deformace, zejména u tenkých nebo vysoce tepelně vodivých materiálů, což ovlivňuje rozměrovou přesnost řezaných dílů a komplikuje montážní procesy.

Tepelný výkon laserového řezacího stroje přímo ovlivňuje kvalitu řezu. Nadměrné teplo může způsobit deformaci materiálu, roztavení nebo zuhelnatění, což vede k nepřesným nebo poškozeným řezům. Tepelný výkon při řezání mohou ovlivnit různé faktory, jako je výkon laseru, zesílení světla, velikost ohniska, tvorba plazmatu, požadavky na rozlišení, vlastnosti krystalů a dokonce i použití inertních plynů.

Sledování tepelného otisku laserového procesu odhaluje nové poznatky pro optimalizaci.

Vynikající kvalita díky řízení tepla integrací infračervené termografie do laserových aplikací

Použití infračervených kamer pro monitorování poskytuje cenné tepelné údaje, které lze použít k vyladění laserového procesu, čímž se zajistí vysoce kvalitní řezy a minimalizuje se tepelné poškození. Účinné zvládání těchto tepelných problémů zahrnuje optimalizaci výkonu laseru, rychlosti řezání a zaměření, aby se minimalizoval tepelný dopad na materiál.

Monitorování teploty v reálném čase pomocí infračervené termografie se ukázalo jako velmi účinné při posuzování a kontrole kvality řezu. Úloha infračervené termografie při udržování optimálních podmínek je klíčová a dává výrobcům jistotu, že mohou předcházet vadám. Průběžné sledování teploty na čele řezu umožňuje upravovat parametry procesu, což pomáhá udržovat optimální podmínky a minimalizovat vady. Termografické kamery s vysokým rozlišením mohou včas odhalit známky tepelného zkreslení, což umožňuje včasné korekce řezných parametrů.

Výrobci mohou tyto výzvy překonat integrací pokročilých monitorovacích technologií s důkladným pochopením tepelné dynamiky, čímž dosáhnou vynikající kvality řezu a zachovají integritu materiálu.

Společnost Optris nabízí specializované infračervené kamery určené pro laserové aplikace. Infračervené kamery PI lze snadno integrovat do různých systémů a podporují analogové i digitální výstupy. V některých sestavách pro integraci strojů používají výrobci infrakameru PI s počítačem se systémem Linux a využívají SDK k vývoji vlastního softwaru, který zajišťuje optimální řízení procesu a synchronizaci s ostatními systémy.