Лазерная резка цветных материалов всегда вызывала множество проблем. Этот процесс менее эффективен из-за низкой скорости впитывания материала. Кроме того, резка отражающего материала создает опасность обратного отражения через оптическую систему, которое проникает обратно в полости резонаторов и разрушает их.
Вязкость
Инженеры и техники, разрабатывающие параметры лазерной резки Екатеринбурга, уделяют особое внимание характеристикам поглощения и отражения материала; температуре плавления; вязкости расплавленного материала; теплопроводности; и состоянию поверхности материала, включая пленки и покрытия.
Отражательная способность поверхности металлов при нормальном падении и комнатной температуре (300 К) зависит от длины волны падающего светового луча.
Трудность при резке алюминия заключается в том, чтобы сделать чистый срез с минимальным количеством окалины. При правильном использовании вспомогательного газа, его подаче и расходе вы можете свести образование окалины к минимуму.
Вязкость играет здесь определенную роль. Любой металл имеет определенный уровень вязкости при температуре плавления, но вязкость не постоянна по мере дальнейшего нагрева металла. Лазер доводит алюминий до температуры плавления, превышающей 650°C. Вязкость алюминия фактически снижается более чем наполовину при повышении его температуры от температуры плавления до 720°C. По мере остывания материала с низкой вязкостью его вязкость более чем удваивается по мере приближения к затвердеванию - и эффективное удаление его до того, как он затвердеет, становится сложной задачей.
Низкая вязкость становится основной причиной образования окалины, особенно если температура плавления материала относительно низкая, как в случае с алюминием.
Пленка оксида алюминия
Некоторые проблемы при резке связаны с температурой плавления, особенно когда речь идет о тонком слое пленки оксида алюминия (Al2O3), который образуется на поверхности алюминия при воздействии атмосферы. Пленка предотвращает дальнейшую коррозию, но также усложняет процесс лазерной резки.
Алюминий плавится примерно при 650°C; оксид алюминия плавится примерно при 1700°C. Высокая температура плавления пленки оксида алюминия, образующейся на поверхности капли расплавленного алюминия, приводит к ее очень быстрому затвердеванию вокруг все еще расплавленной капли, поэтому очень важно, чтобы вспомогательный газ быстро смыл ее до того, как она затвердеет. Если его промыть недостаточно быстро, на нижней кромке образуются сталактиты, также известные как окалина. Хорошей новостью является то, что по сравнению с окалиной из таких материалов, как нержавеющая сталь, алюминиевая окалина, как правило, мягкая, настолько мягкая, что многие операторы могут смахнуть ее большим пальцем.
Теплопроводность
Теплопроводность алюминия во много раз выше, чем у углеродистой стали, и эта теплопроводность ускоряет потерю тепла; то есть тепло отводится от пропила в основную часть заготовки. Чем больше у вас потери теплопроводности, тем меньше тепла на самом деле остается в пропиле и тем менее эффективна лазерная резка.
Различия в теплопроводности приводят к различным характеристикам резки между сортами, особенно в более толстых материалах. Алюминий серии 6XXX имеет гораздо более высокие потери теплопроводности, чем алюминий серии 5XXX; эти два материала режутся одинаково по толщине, но очень по-разному в более толстых заготовках.
Исторически сложилось так, что операторы, режущие алюминий CO2-лазером, сталкивались с рядом проблем, которые делали резку более неэффективной: высокая отражательная способность светового луча длиной 10,6 микрона, а также высокая теплопроводность алюминия, приводящая к большим потерям теплопроводности. Фактически, все потери тепла вынуждали многие операции иметь дело с тепловыми расширениями листа, иногда записывая программу резки таким образом, чтобы головка поочередно перемещалась от одного квадранта листа к другому, выравнивая тепловые эффекты.
Учитывая все это, плотность мощности волоконного лазера и, опять же, длина волны в 1 микрон действительно изменили ситуацию. Тепловые свойства алюминия не изменились; он по-прежнему обладает высокой теплопроводностью. Но он также поглощает больше и отражает меньше энергии от лазерного луча в 1 микрон. Это, в сочетании с высокими уровнями мощности, плотностями энергопотребления и скоростями, обеспечиваемыми современным волоконным лазерным лучом, существенно улучшило производительность лазерной резки.
Улучшите подачу газа и фокусировку лазера
Лазерная резка алюминия вспомогательным газом азотом или сжатым воздухом в цехе (который может работать для тонких заготовок) обеспечивает такое же режущее действие, как и при резке других сплавов азотом. Если сильно упростить, то все это зависит от взаимодействия тепловой энергии луча, скорости подачи, результирующей ширины пропила и потока вспомогательного газа, который вымывает расплавленный материал из пропила. Оптимизируйте подачу вспомогательного газа, чтобы он хорошо сочетался с температурой (характеристиками фокусировки и луча), скоростью резания и шириной пропила, и вы получите качественную режущую кромку с минимальными бороздками и окалиной.