Obróbka laserowa zastąpiła wiele tradycyjnych zastosowań przetwarzania materiałów, takich jak cięcie i spawanie, zarówno w środowiskach produkcyjnych, jak i badawczo-rozwojowych.
Niektóre z głównych zalet obróbki laserowej obejmują:
- Możliwość obróbki metali i niemetali (np. ceramiki i polimerów) Można to osiągnąć poprzez dostosowanie właściwości lasera, takich jak moc szczytowa, długość fali i czas trwania impulsu.
- Jest to technika bezkontaktowa, która zapobiega zanieczyszczeniu obrabianego przedmiotu lub zużyciu "narzędzia obróbczego", jak ma to miejsce w przypadku tradycyjnych procesów mechanicznych.
- Zautomatyzowany proces jest łatwy do osiągnięcia dzięki dużej prędkości, wysokiej dokładności i powtarzalności.
- Możliwość obróbki bardzo małych elementów do poziomu mikronów
- Obróbka płaskich części lub złożonych części 3D może być łatwo osiągnięta dzięki zastosowaniu odpowiedniej stacji roboczej, która umożliwia obróbkę pod różnymi kątami w stosunku do powierzchni przedmiotu obrabianego.
Cięcie laserowe
Cięcie laser owe zapewnia wyższą dokładność niż inne metody cięcia, takie jak plazma, tlen czy strumień wody, przy większych prędkościach. Obróbka elektroerozyjna (EDM) może być również stosowana do cięcia o wysokiej dokładności, ale może być stosowana tylko z materiałami przewodzącymi i jest zazwyczaj bardzo powolnym procesem.
Dostępna moc lasera stale rośnie, umożliwiając cięcie coraz większych grubości. Na przykład laser włóknowy o mocy 4 kW może być używany do cięcia metali takich jak stal miękka, stal nierdzewna, mosiądz, miedź i aluminium o grubości 6 mm z prędkością powyżej 1 m/min. Wraz ze wzrostem mocy do ponad 10 kW można uzyskać grubość powyżej 25 mm. Strumień wody może być używany do cięcia bardzo grubych materiałów o grubości przekraczającej 50 mm, ale koszty operacyjne są zazwyczaj wysokie, a prędkość cięcia może być niska w zależności od geometrii części.
Spawanie laserowe
Lasery są wykorzystywane do spawania szerokiej gamy materiałów, takich jak stale węglowe, stale o wysokiej wytrzymałości, stale nierdzewne, aluminium, miedź i tytan. Możliwe jest również spawanie różnych materiałów (np. metali z innymi metalami lub metali z polimerami). W przeciwieństwie do tradycyjnych procesów spawania łukowego, które wymagają przepływu prądu elektrycznego, lasery opierają się na absorpcji światła w celu wytworzenia ciepła i mogą być również wykorzystywane do spawania materiałów nieprzewodzących, takich jak polimery ze sobą lub metalami. Wiązka może być ściśle skupiona, co pozwala na wysoką dokładność i małe strefy wpływu ciepła, na przykład w porównaniu z technikami spawania łukiem plazmowym, takimi jak TIG i MIG. Możliwe jest wykonywanie głębokich i wąskich spoin o wysokim współczynniku kształtu, co pozwala na spawanie zarówno małych i cienkich elementów, jak i grubych, dużych części. Na przykład, moc 40 kW może być wykorzystana do głębokiego wtopienia spoin w metalach do około 40 mm. Spawanie laserowe jest zwykle wykonywane na wolnym powietrzu przy użyciu gazu osłonowego, co jest często łatwiejsze do wdrożenia niż spawanie wiązką elektronów, które wymaga próżni.
Lasery mogą być używane zarówno w zastosowaniach makro, jak i mikro, z rozmiarami elementów do poziomu mikronów. Wzrasta zainteresowanie mikroobróbką laserową elementów o zmiennym kształcie i rozmiarze dla szerokiej gamy materiałów. Wymagania dotyczące jakości i wydajności nadal rosną, a tolerancje dotyczące dokładności wymiarowej i pozycyjnej są coraz bardziej rygorystyczne. Dostępne są ulepszone źródła laserowe i techniki produkcji, z zaawansowaną integracją systemu i kontrolą procesu, aby sprostać coraz większym wymaganiom przemysłu.
Wybór optymalnego czasu trwania impulsu, długości fali i techniki obróbki dla zastosowań mikroobróbki laserowej o wysokiej precyzji zależy od właściwości materiału, a także od specyfikacji aplikacji, takich jak jakość, rozmiar elementu, tolerancje i przepustowość. Zazwyczaj do mikroobróbki stosuje się lasery impulsowe pracujące w reżimie nanosekundowym i krótszym, aż do czasów trwania impulsów pikosekundowych i femtosekundowych, napędzając ablacyjną technikę mikroobróbki, w której każdy impuls usuwa dobrze zdefiniowaną ilość materiału przy niewielkim wpływie na otaczający materiał, umożliwiając dokładność wymiarową na poziomie mikronów.
