Ve světě řezání vláknovým laserem hraje velikost spotu klíčovou roli při dosahování optimálních výsledků: od přesnosti až po účinnost, významně ovlivňuje různé aspekty procesu laserového řezání.
Co je to velikost spotu?
Než se budeme zabývat důvody, proč je velikost spotu tak důležitá, ujasněme si, co to je. Velikost spotu označuje průměr laserového paprsku v místě jeho ohniska. Jinými slovy je to oblast, kde se energie laseru soustředí na povrch materiálu. Část této energie je materiálem absorbována, což vede k tavení. Při řezání kovů vláknovým laserem se k vytlačování tekutého kovu používá pomocný plyn dodávaný řezací hlavou, který vytváří řez při pohybu paprsku, přičemž "šířka řezu" je funkcí velikosti spotu.
Co ovlivňuje velikost spotu?
Velikost spotu je ovlivněna několika parametry, včetně vlnové délky laseru, velikosti paprsku na čočce a ohniskové vzdálenosti zaostřovací čočky, které mají zásadní vliv na proces řezání. Delší vlnové délky vedou k větším velikostem spotu při identickém optickém nastavení. Ytterbiové vláknové lasery s vlnovou délkou 1070 nm mají menší velikost spotu nežCO2 lasery, které pracují s delšími vlnovými délkami kolem 10 600 nm.
Při použití vláknového přenosu paprsku lze velikost spotu vypočítat na základě průměru vlákna a ohniskové vzdálenosti kolimátoru (obojí definuje velikost paprsku na zaostřovací optice) a ohniskové vzdálenosti zaostřovací optiky (viz obrázek 1). Zvětšování ohniskové vzdálenosti zaostřovacího optického členu vede k větší velikosti spotu, zatímco zvětšování velikosti paprsku v objektivu vede k menší velikosti skvrny (pokud je paprsek v objektivu udržován v rozměrech, které umožňují omezený difrakční výkon).
Obrázek 1: Výpočet velikosti bodu pro distribuci paprsku
Přesnost řezu: menší je lepší
Menší velikost spotu při laserovém řezání zajišťuje vyšší přesnost a rozlišení díky úzkému soustředění do menší oblasti, což umožňuje přesné tavení materiálu. To umožňuje realizovat složité konstrukce, jemnější detaily a přísnější tolerance. Menší prořezy navíc umožňují bližší vnoření dílů, čímž se optimalizuje využití materiálu a minimalizuje odpad ve výrobním procesu.
Rychlost a kvalita řezání: Hledání rovnováhy
Při hledání dokonalé rovnováhy mezi rychlostí a kvalitou řezání je rozhodující interakce mezi parametry laseru. Hustota energie hraje klíčovou roli, přičemž menší velikost spotu umožňuje koncentrovat energii na menší plochu. To umožňuje dosáhnout stejné hustoty energie s lasery nižšího výkonu.
Vztah mezi velikostí spotu a tloušťkou materiálu je však složitý. Zatímco pro dosažení tavení v celé tloušťce materiálu je nutná minimální hustota energie, velikost spotu musí být dostatečně velká, aby bylo možné roztavený materiál účinně vytlačit. S rostoucí tloušťkou materiálu je pro zachování kvality a rychlosti řezu zapotřebí větší velikosti bodu. Kromě toho optimální velikost spotu závisí také na vlastnostech materiálu, jako je tepelná vodivost a viskozita.
Pozornost je třeba věnovat také hloubce fokusace paprsku, která souvisí s velikostí spotu Menší velikost spotu souvisí s kratší fokusační hloubkou která je definována jako vzdálenost, v níž se plocha paprsku zdvojnásobí. Při vzdálenosti větší, než je fokusační hloubka, začne být kvalita řezu ovlivněna. Nalezení křehké rovnováhy mezi velikostí spotu, hustotou energie a fokusační hloubkou je nezbytné pro dosažení požadovaných výsledků řezání v oblasti rychlosti nebo kvality.
Nalezení rovnováhy pro optimální řezání laserem
Výrobci musí najít u řešení rovnováhu. U silnějších materiálů může být vhodnější větší spot pro zachování kvality a rychlosti řezání. Pro složité práce nebo tenké materiály je však vhodnější menší velikost spotu. Výrobci obvykle volí optimální konfiguraci distribuce paprsku, jejímž výsledkem je vhodná velikost spotu laseru s cílem dosáhnout dokonalé rovnováhy mezi přesností, kvalitou řezu a výkonem.
