W świecie cięcia laserowego włóknowy rozmiar plamki odgrywa kluczową rolę w osiąganiu optymalnych wyników: od dokładności po wydajność, znacząco wpływa na różne aspekty procesu cięcia laserowego.
Co to jest rozmiar plamki?
Zanim zagłębimy się w powody, dla których rozmiar plamki jest tak ważny, ustalmy, czym jest rozmiar plamki. Rozmiar plamki odnosi się do średnicy wiązki laserowej w jej punkcie skupienia. Innymi słowy, jest to obszar, w którym energia lasera koncentruje się na powierzchni materiału. Część tej energii jest pochłaniana przez materiał, co prowadzi do jego miejscowego stopienia. W przypadku włóknowy cięcia laserowego metali, gaz wspomagający pod wysokim ciśnieniem dostarczany przez głowicę tnącą jest wykorzystywany do usuwania ciekłego metalu, tworząc cięcie, gdy wiązka przesuwa się po części, a "szerokość rzazu" jest funkcją wielkości plamki.
Co wpływa na rozmiar plamki?
Na rozmiar plamki wpływa kilka parametrów, w tym długość fali lasera, rozmiar wiązki przy soczewce i ogniskowa soczewki skupiającej, z których wszystkie mają głęboki wpływ na proces cięcia. Dłuższe fale prowadzą do większych rozmiarów plamki dla identycznych ustawień optycznych. Lasery Ytterbium włóknowy o długości fali 1070 nm mają mniejsze rozmiary plamek niż laseryCO2, które działają przy dłuższych falach około 10 600 nm i prowadzą do odpowiednio większych rozmiarów plamek.
W przypadku korzystania z dostarczania wiązki opartego na włóknowy, rozmiar plamki można obliczyć na podstawie średnicy włóknowy i ogniskowej kolimatora (obie określają rozmiar wiązki w optycznym układzie ogniskującym) oraz ogniskowej optycznego układu ogniskującego (patrz rysunek 1). Zwiększenie ogniskowej obiektywu ogniskującego prowadzi do większych rozmiarów plamki, podczas gdy zwiększenie rozmiaru wiązki na soczewce skutkuje mniejszymi rozmiarami plamki (o ile wiązka jest utrzymywana w rozmiarze na soczewce, który pozwala na działanie ograniczone dyfrakcją).
Rysunek 1: Obliczanie rozmiaru plamki dla wiązki włóknowy
Dokładność cięcia: mniej znaczy lepiej
Mniejsze rozmiary plamek w operacjach cięcia laserowego zapewniają większą dokładność i rozdzielczość, ponieważ energia lasera jest ściśle skupiona w mniejszym obszarze, co ułatwia precyzyjne usuwanie materiału. Umożliwia to realizację skomplikowanych projektów, drobniejszych detali i węższych tolerancji. Dodatkowo, mniejsze szczeliny wynikające z węższych rozmiarów plamek umożliwiają ściślejsze zagnieżdżanie części, optymalizując w ten sposób wykorzystanie materiału i minimalizując ilość odpadów w procesie produkcyjnym.
Szybkość i jakość cięcia: Znalezienie równowagi
W dążeniu do osiągnięcia idealnej równowagi między prędkością cięcia a jakością, kluczowa staje się interakcja między parametrami lasera. Gęstość energii odgrywa kluczową rolę, a mniejsze rozmiary plamki umożliwiają konsolidację energii lasera na mniejszym obszarze. Pozwala to na osiągnięcie takiej samej gęstości energii przy użyciu laserów o niższej mocy.
Zależność między rozmiarem plamki a grubością materiału jest jednak skomplikowana. Podczas gdy minimalna gęstość energii jest wymagana do osiągnięcia stopienia na całej grubości materiału, rozmiar plamki musi być wystarczająco duży, aby umożliwić skuteczne usunięcie stopionego materiału. Wraz ze wzrostem grubości materiału potrzebne są większe rozmiary plamki, aby utrzymać jakość i szybkość cięcia. Co więcej, optymalny rozmiar plamki zależy również od właściwości materiału, takich jak przewodność cieplna i lepkość.
Głębia ostrości, skorelowana z rozmiarem plamki, również wymaga uwagi. Mniejsze rozmiary plamek są skorelowane z mniejszą głębią ostrości, która jest zwykle definiowana jako odległość od pasa wiązki, przy której obszar wiązki podwaja się. Przy odległościach większych niż głębia ostrości, jakość cięcia zaczyna ulegać pogorszeniu. W związku z tym znalezienie delikatnej równowagi między rozmiarem plamki, gęstością energii i głębią ostrości jest niezbędne do osiągnięcia pożądanych wyników cięcia bez uszczerbku dla szybkości lub jakości.
Równowaga dla optymalnego cięcia laserowego
Biorąc wszystko pod uwagę, producenci muszą znaleźć równowagę. W przypadku grubszych materiałów preferowany może być większy rozmiar plamki, aby utrzymać jakość i szybkość cięcia. Jednak w przypadku skomplikowanych prac lub cienkich materiałów preferowane są mniejsze rozmiary plamki. Producenci zazwyczaj wybierają optymalną konfigurację dostarczania wiązki, co skutkuje rozmiarem plamki, który jest najbardziej odpowiedni dla dostępnej mocy lasera oraz materiałów i grubości przeznaczonych do cięcia, w celu osiągnięcia idealnej równowagi między dokładnością, jakością cięcia i wydajnością.
