Cięcie laserowe to metoda cięcia termicznego, która wykorzystuje skupioną wiązkę lasera o dużej mocy do napromieniowania przedmiotu obrabianego. Powoduje to szybkie stopienie, odparowanie, ablację napromieniowanego materiału lub osiągnięcie punktu zapłonu. Jednocześnie, szybki przepływ powietrza współosiowy z wiązką lasera zdmuchuje stopiony materiał, przecinając w ten sposób przedmiot obrabiany.
Klasyfikacja i charakterystyka cięcia laserowego
Cięcie laserowe można podzielić na cztery typy: cięcie przez odparowanie laserowe, cięcie przez fuzję laserową, cięcie laserem tlenowym oraz grawerowanie laserowe i kontrolowane pękanie.
Cięcie laserowe przez odparowanie
Wykorzystuje wiązkę lasera o wysokiej gęstości energii do nagrzewania przedmiotu obrabianego, gwałtownie podnosząc jego temperaturę do temperatury wrzenia w niezwykle krótkim czasie, co powoduje jego odparowanie i utworzenie pary. Para jest wyrzucana z dużą prędkością, tworząc cięcie w materiale podczas wypływu. Ponieważ większość materiałów charakteryzuje się wysokim ciepłem parowania, cięcie laserowe z odparowaniem wymaga znacznej mocy i gęstości mocy.
W cięciu laserowym metodą fuzji laser nagrzewa i topi materiał metalowy. Następnie przez dyszę, współosiowo z wiązką lasera, wdmuchiwany jest gaz nieutleniający (taki jak Ar, He, N itp.). Wysokie ciśnienie gazu wyrzuca stopiony metal, tworząc cięcie. W przeciwieństwie do cięcia przez odparowanie, metoda ta nie wymaga całkowitego odparowania materiału i zużywa jedynie 1/10 energii potrzebnej do cięcia przez odparowanie. Jest ona stosowana głównie do cięcia metali nieutleniających się lub reaktywnych, w tym stali nierdzewnej, tytanu, aluminium i ich stopów.
Cięcie laserowe tlenowe
Zasada cięcia laserowo-tlenowego jest podobna do cięcia tlenowo-acetylenowego. Laser działa jako źródło ciepła podgrzewającego, podczas gdy gazy aktywne (takie jak tlen) pełnią funkcję gazu tnącego. Z jednej strony, wydmuchiwany gaz reaguje z ciętym metalem, wywołując reakcję utleniania, która uwalnia dużą ilość ciepła. Z drugiej strony, wydmuchuje stopione tlenki i topi się ze strefy reakcji, tworząc nacięcie w metalu. Reakcja utleniania podczas cięcia generuje znaczną ilość ciepła, dlatego cięcie laserowo-tlenowe wymaga jedynie połowy energii cięcia stapiającego, a jednocześnie jego prędkość cięcia jest znacznie większa niż w przypadku cięcia z odparowaniem i stapianiem. Jest ono stosowane głównie do utleniających się materiałów metalowych, takich jak stal węglowa, stal tytanowa i stal ulepszona cieplnie.
Grawerowanie laserowe i kontrolowane pękanie
Grawerowanie laserowe wykorzystuje laser o wysokiej gęstości energii do skanowania powierzchni kruchych materiałów, odparowując niewielki rowek. Następnie, zastosowanie odpowiedniego ciśnienia powoduje pękanie kruchego materiału wzdłuż rowka. Do grawerowania laserowego powszechnie stosuje się lasery Q-switch i lasery CO₂. Kontrolowane pękanie wykorzystuje stromy rozkład temperatury generowany podczas grawerowania laserowego, aby wytworzyć lokalne naprężenia termiczne w kruchych materiałach, powodując ich pękanie wzdłuż grawerowanego rowka.
Zastosowania cięcia laserowego
Większość maszyn do cięcia laserowego jest obsługiwana za pomocą programów sterowania numerycznego (NC) lub skonfigurowana jako roboty tnące. Jako precyzyjna metoda obróbki, cięcie laserowe umożliwia cięcie niemal wszystkich materiałów, w tym cięcie cienkich blach w 2D lub 3D. W przemyśle lotniczym technologia cięcia laserowego jest wykorzystywana głównie do cięcia specjalistycznych materiałów lotniczych, takich jak stopy tytanu, stopy aluminium, stopy niklu, stopy chromu, stal nierdzewna, tlenek berylu, materiały kompozytowe, tworzywa sztuczne, ceramika i kwarc. Elementy lotnicze obrabiane cięciem laserowym obejmują: płomienice silników, cienkościenne obudowy ze stopu tytanu, ramy samolotów, poszycia ze stopu tytanu, podłużnice skrzydeł, panele ogonowe, wirniki główne śmigłowców oraz ceramiczne płytki termoizolacyjne do wahadłowców kosmicznych.
Czas publikacji: 08-12-2025
