Ve světě řezání vláknovým laserem hraje velikost bodu klíčovou roli při dosahování optimálních výsledků: od přesnosti až po účinnost, významně ovlivňuje různé aspekty procesu laserového řezání.
Co je to velikost bodu?
Než se budeme zabývat důvody, proč je velikost bodu tak důležitá, ujasněme si, co je to velikost bodu. Velikost bodu 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 lokalizovanému tavení. Při řezání kovů vláknovým laserem se k vytlačování tekutého kovu používá vysokotlaký pomocný plyn dodávaný řeznou hlavou, který vytváří řez při pohybu paprsku napříč dílem, přičemž "šířka řezu" je funkcí velikosti bodu.
Co ovlivňuje velikost skvrny?
Velikost bodu 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 skvrn při identickém optickém nastavení. Ytterbiové vláknové lasery s vlnovou délkou 1070 nm mají menší velikost skvrn nežCO2 lasery, které pracují s delšími vlnovými délkami kolem 10 600 nm a vedou k odpovídajícím větším velikostem skvrn.
Při použití vláknového přenosu paprsku lze velikost skvrny 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 skvrny, 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 dodávku vláknového paprsku
Přesnost řezu: menší je lepší
Menší velikost bodu při laserovém řezání zajišťuje vyšší přesnost a rozlišení díky tomu, že laserová energie je úzce soustředěna do menší oblasti, což usnadňuje přesný úběr materiálu. To umožňuje realizovat složité konstrukce, jemnější detaily a přísnější tolerance. Menší prořezy vyplývající z užších velikostí bodů navíc umožňují těsnější vnořování 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 skvrny umožňuje konsolidaci laserové energie na menší plochu. To umožňuje dosáhnout stejné hustoty energie s lasery s nižším výkonem.
Vztah mezi velikostí bodu a tloušťkou materiálu je však složitý. Zatímco pro dosažení tavení v celé tloušťce materiálu je nutná minimální hustota energie, velikost bodu 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 bodu závisí také na vlastnostech materiálu, jako je tepelná vodivost a viskozita.
Pozornost je třeba věnovat také hloubce ostrosti, která souvisí s velikostí skvrny. Menší velikost skvrny souvisí s menší hloubkou ostrosti, která je obvykle definována jako vzdálenost od pasu paprsku, v níž se plocha paprsku zdvojnásobí. Při vzdálenosti větší, než je hloubka ostrosti, začne být kvalita řezu ovlivněna. Nalezení křehké rovnováhy mezi velikostí bodu, hustotou energie a hloubkou ostrosti je tedy nezbytné pro dosažení požadovaných výsledků řezání bez kompromisů v oblasti rychlosti nebo kvality.
Nalezení rovnováhy pro optimální řezání laserem
Výrobci musí najít rovnováhu. U silnějších materiálů může být vhodnější větší velikost místa, aby se zachovala kvalita a rychlost řezání. Pro složité práce nebo tenké materiály je však vhodnější menší velikost bodu. Výrobci obvykle volí optimální konfiguraci dodávky paprsku, která vede k velikosti bodu, jež je nejvhodnější pro dostupný výkon laseru a materiály a tloušťky určené k řezání, s cílem dosáhnout dokonalé rovnováhy mezi přesností, kvalitou řezu a výkonem.
