Kaasaegsel tootmismaastikul on kiirus, täpsus ja materjalikasutus peamised mõõdikud, mis eristavad turuliidreid nende konkurentidest. Seda tööstuslikku evolutsiooni juhtivate erinevate tehnoloogiate hulgas paistab arvuti arvjuhtimisega (CNC) laserlõikamine silma kui üks kõige transformatiivsemaid. Fokuseerides substraadile väga kontsentreeritud monokromaatilise valguskiire, saavad laserid läbi lõigata keerulisi geomeetriaid, mille tolerantsid mõõdetakse millimeetri murdosades.
Esmaklassiliste laserlõikeosade tootmine on aga palju enamat kui metalli või plasti läbipõlemise kiire mehaaniline toime. See on väga distsiplineeritud, mitmeetapiline inseneri-{1}}tootmise elutsükkel. Jaotus selle töövoo jooksul-optimeerimata digitaalsest failist vale gaasikalibreerimiseni või halva -lõikejärgse käsitsemiseni-võib põhjustada komponentide väänamist,-tolerantsi mõõtmetest välja-ja kulukat materjaliraiskamist. Selle valmistamismeetodi tõhususe ja kvaliteedi maksimeerimiseks tuleb mõista komponendi täielikku teekonda virtuaalse arvuti-abiga disaini (CAD) mudelist lõpliku, tehase{10}}põranda{11}}valmis varani.
Eeltootmine-: digitaalne disain ja failide optimeerimine
Iga laseriga{0}}lõigatud komponendi teekond algab ammu enne füüsilise masina sisselülitamist. See algab CAD-tarkvara digitaalsest valdkonnast. Selles algfaasis kaardistavad projekteerimisinsenerid detaili füüsilised mõõtmed, kuid nad peavad seda tegema DFM (Design for Manufacturing) objektiivi kaudu.
Kriitiline kaalutlus DFM-i ajal on lõhede kompenseerimine. Lõike on pilu laius, mille laserkiir teeb materjali aurustamisel. Kuigi see on uskumatult kitsas, -mis jääb sageli vahemikku 0,1–0,3 millimeetrit, olenevalt materjali paksusest ja laseri tüübist,-sõlmimata jätmine tähendab, et sisemised augud on pisut liiga suured ja välismõõtmed on pisut liiga väikesed.
Lisaks peavad insenerid kavandama materjali termilise tegelikkuse järgi; Näiteks võib väga keeruliste mustrite loomine või väikeste aukude teineteisele liiga lähedale asetamine liigse kuumuse kinni püüda, mis põhjustab lokaalset sulamist ja struktuurset deformatsiooni. Rusikareegel on, et metallide töötlemisel ei tohi ava minimaalne läbimõõt kunagi olla väiksem kui materjali enda paksus.
Kui kujundus on lõpetatud, tuleb kolme{0}}mõõtmeline mudel tasandada kahe-mõõtmelisse vektorvormingusse, tavaliselt DXF- või DWG-failiks. See fail peab läbima range puhastusprotsessi. Topeltjooned, kattuvad geomeetriad, mikro-vahed joonte vahel ja eksitavad kinnituspunktid tuleb täielikult eemaldada. Lasermasina puhul tähendab topeltjoon, et lõikepea jälgib täpselt sama rada kaks korda, mis põhjustab tugevat ülekuumenemist, liigset räbu ja võimalikke kahjustusi masina optikale tagasipeegelduse tõttu.
Tootmise ettevalmistamine: pesastamine ja materjali eraldamine
Kui käes on puhas 2D vektorfail, läheb töövoog üle arvuti{1}}tootmise (CAM) programmeerimisele ja pesastamisele. Pesastamine on mitme osa strateegiline paigutamine ühele toormaterjalilehele, sarnaselt pusletükkide paigutamisega. Täiustatud tehisintellekti juhitud pesastustarkvara kasutatakse erinevate geomeetriate pööramiseks ja lukustamiseks, et saavutada absoluutselt kõrgeim võimalik lehe kasutusprotsent. Skeleti -lehejääkide maatriksi- minimeerimine vähendab otseselt tooraine maksumust komponendi kohta.
Pesastusfaasis peavad programmeerijad arvestama ka materjali tera suunda, eriti kui valmistatakse ülitugevaid teraseid või alumiiniumi, mida järgnevad painutamistoimingud läbivad. Vastu tera painutamine hoiab ära materjali pragunemise, mis tähendab, et laserlõikeosade orientatsiooni töötlemata lehel tuleb rangelt kontrollida.
Pesastamine nõuab ka müügivihjete{0}}sisse- ja väljapääsude{1}} hoolikat paigutamist. Laser ei saa alustada lõikamist otse detaili lõplikult profiilijoonelt, sest esialgne läbitorkamise faas lööb läbi materjali väikese ebakorrapärase augu. Sisend-on lühike ettevalmistustee, mis on programmeeritud väljaspool detaili lõplikku perimeetrit, võimaldades laseril materjali puhtalt läbistada ja stabiliseerida selle lõikedünaamikat, enne kui see liigub sujuvalt tegelikule lõikejoonele.
Erakordselt väikeste osade jaoks lisavad programmeerijad sageli mikro{0}}ühendusi või "sakke". Need on väikesed lüngad lõiketeel, mis jätavad osa peenelt kinni peamise lehe skeleti külge. Ilma sakkideta kalduvad väikesed osad eraldumisel ülespoole, luues füüsilise takistuse, millega kiiresti liikuv laserpea-võib kokku põrgata, põhjustades kulukaid seadmekahjustusi ja peatades tootmise.
Kui pesa on programmeeritud, tuleb masin kalibreerida. Operaator valib sobiva abigaasi, lähtudes aluspinnast ja nõutavast servaviimistlusest. Kõrgsurve lämmastik valitakse tavaliselt roostevaba terase ja alumiiniumi jaoks sulametalli puhumiseks, ilma et see laseks hapnikul värvi muuta või serva oksüdeerida. Ja vastupidi, paksu süsinikterase puhul kasutatakse hapnikku eksotermilise reaktsiooni esilekutsumiseks, mis kiirendab lõikekiirust. Operaator määrab ka laserkiire fookuspunkti,{5}}reguleerides seda, kas valgusenergia suurim kontsentratsioon langeb materjalilehe ülemisele pinnale, keskele või alumisele pinnale, et optimeerida servade ruudukujulisust ja minimeerida räbu.
Lõikamise teostus: liikuv füüsika
Kui materjalileht on süstikulauale laaditud ja CNC-programm käivitatud, algab füüsiline lõikamise faas. Sel hetkel muutub protsess puhta termodünaamika ja täpse liikumise juhtimiseks.
Laserpea liigub üle materjali piki X- ja Y-telge, mida juhivad kiired{0}}lineaarmootorid. Laserallikas-olgu see siis pärand CO2-gaaslaser või kaasaegne, kõrge{4}}tõhususega tahkis-kiudlaser-genereerib kiire, mis suunatakse läbi kiud-optiliste kaablite või sisemiste peeglite otse lõikepeasse. Siin kondenseerib kõrge-puhtusastmega teravustamisobjektiiv kiire mikroskoopiliseks fookuspunktiks, suurendades energiatiheduse hetkega miljonite vattideni ruutsentimeetri kohta.
Kui see lokaliseeritud energia materjali tabab, läbib substraat selle sulamistemperatuuri ja saavutab aurustumisläve millisekunditega. Samal ajal väljutatakse lõikedüüsist koaksiaalne abigaasi vool. See suure kiirusega-gaasivoog täidab kahte kriitilist funktsiooni: see juhib sulamaterjali soone põhjast allapoole ja jahutab lähiümbrust, et piirata kuumus-mõjutatud tsooni (HAZ) suurust.
Kaasaegsed suure jõudlusega{0}}laserlõikesüsteemid kasutavad reaalajas protsesside jälgimist-, et tagada lõiketsükli ajal stabiilsus. Lõikepea sisseehitatud akustilised ja optilised andurid hindavad pidevalt lõiketsoonist tuleva valguse emissiooni ja helisagedusi. Kui masin tuvastab kõrvalekalde-nagu äkiline kuumuse kogunemine või torkepunkti rike-, võib see automaatselt moduleerida oma liikumiskiirust, laseri sagedust või gaasirõhku käigu pealt, et vältida läbipuhumist või lõikekatkestust.
Järeltootmine: viimistlus, kvaliteedikontroll ja pakendamine
Hetkel, kui laser lõpetab oma viimase tee ja süstiklaud väljub masina korpusest, algab -tootmisjärgne etapp. Kuigi laser tagab ülitäpse lõike, on osad harva valmis koheseks kokkupanemiseks otse masina aluspinnalt.
Järeltootmise esimene samm on osade sorteerimine ja eraldamine. Operaatorid murravad ettevaatlikult mikro-klapid, et vabastada komponendid jääkide skeletist. Olenevalt kasutatud materjalist, paksusest ja abigaasist võivad osadel esineda väiksemaid servade defekte. Näiteks hapnikuga lõigatud osadel on oksiidikiht, mis tuleb eemaldada, samas kui masina termilise piiri lähedal lõigatud osadel võivad alumise serva külge kleepuda kivistunud{5}metalliräbu helmed.
Selle parandamiseks töödeldakse komponente sekundaarsete viimistlusseadmetega. See võib hõlmata automaatseid rüsieemaldusmasinaid, raskeid-laia lintlihvmasinaid-või tööstuslikke vibreerivaid trummelkausse, mis on täidetud keraamilise abrasiivse ainega. See protsess silub teravaid nurki, eemaldab jämedused ja tagab ühtlase pinnaviimistluse, mis parandab käsitsi materjali käsitsemise ohutust ja tagab optimaalse nakkuvuse tulevaste värvi- või pulbervärvide jaoks.
Pärast viimistlemisetappi lähevad komponendid kvaliteeditagamisse (QA). Täppisvalmistamine nõuab kindlaksmääratud tehniliste tolerantside täielikku järgimist. Kvaliteedikontrolli tehnikud kontrollivad laserlõikavaid osi, kasutades mitmesuguseid metroloogiatööriistu. Suuremahuliste-osade või väga keerukate osade puhul kasutatakse automaatseid optilisi kontrollskannereid. Need süsteemid skannivad füüsilise osa ja katavad selle mõõtmed kohe algsele CAD-vektorifailile, tuues esile kõik kõrvalekalded kuni mikronite tasemeni. Väiksemate partiide puhul kasutatakse traditsioonilisi tööriistu, nagu kalibreeritud digitaalsed nihikud, mikromeetrid ja tihvtimõõturid, et kontrollida selliseid olulisi funktsioone nagu avade läbimõõt ja keskjoone kaugus.
Tervikliku protsessi viimane etapp on säilitamine ja pakendamine. Metallosad, eriti süsinikteras, on õhuniiskuse suhtes väga tundlikud ja võivad hakata pinnale roostetama mõne tunni jooksul pärast puhastamist. Seetõttu kantakse sageli peale kerge roostevastane{2}õli või keemiline kile.
Seejärel pannakse osad hoolikalt komplekti, virnastatakse kaitsva papist põimimisega, et vältida metalli{0}}metallile-kriimustamist transpordi ajal, ja kinnitatakse kindlalt kaubaaluste külge. Saadetisele on lisatud nõuetekohane dokumentatsioon, sealhulgas materjali testimise aruanded (MTR-id) ja vastavussertifikaadid, mis lõpetavad tootmistsükli.
Järeldus
Laser{0}}lõigatud osade täielik tootmisprotsess on väga integreeritud torujuhe, kus digitaalne täpsus määrab otseselt füüsilise edu. Laserlõikamine eraldiseisva töötlemistoiminguna on insenertehniline eksiarvamus. Tõepoolest, lõpliku komponendi kvaliteet on võltsitud esialgse CAD-puhastuse käigus, optimeeritud CAM-i pesastusfaasi ajal, realiseeritud laser-materjalide interaktsiooni keeruka füüsika kaudu ning täiustatud sekundaarse viimistluse ja metroloogia valideerimise käigus.
Kuna tööstusautomaatika, masinõpe ja üli{0}}suure võimsusega-kiudlasersüsteemid arenevad edasi, on need üksikud faasid omavahel rohkem seotud kui kunagi varem. Automaatsed laadimissüsteemid saavad nüüd toorlehti lõikeplaadile sööta, samas kui robot-sorteerimiskäed võivad osi luustikust välja murda ja asetada need otse viimistlusjoontele ilma inimese sekkumiseta. Austades ja optimeerides selle täieliku töövoo iga üksikut sammu, saavad tootmisrajatised avada enneolematu läbilaskevõime, kõrvaldada materjaliraiskamise ja pakkuda ülemaailmsele tarneahelale järjekindlalt maailmatasemel komponentide kvaliteeti.
