Lazer Kesim Makinesi: Hassas Kesimler İçin Temel Faktörler

Lazer Kaynağının Kalitesi: Işın, Güç ve Odak Kontrolü

Lazer kesimde hassasiyet, birbirine bağlı üç lazer kaynağı özelliğine bağlıdır: ışın kalitesi, güç çıkışı ve odak kontrolü. Bu üçlü, farklı malzeme türleri ve kalınlıkları boyunca kesim doğruluğu, kenar yüzey kalitesi ve işleme verimliliğini belirler.

Odaklanabilirlikte Işın Parametresi Çarpımı (BPP) ve Lif Çekirdek Çapının Rolü

Milimetre ile miliradyan çarpımında ölçülen Işın Parametresi Ürünü (BPP), bir lazerin ne kadar iyi odaklanacağını gösterir. Daha düşük sayılar, daha dar ve yoğun odak noktaları elde etmemizi sağlar ve bu, daha küçük alanlara daha fazla enerji yoğunlaştırır. En iyi kalite fiber lazerler, çok küçük çekirdek boyutları sayesinde yaklaşık 0.9 mm·mrad değerine ulaşır. Bu küçük çekirdekler fotonları daha yakın paketler, 3 mm'den ince malzemelerde 0,1 mm'ye kadar dar kesimler yapılmasını mümkün kılar. Karmaşık şekiller üzerinde detaylı mikro kesim yapanlar için bu tür bir hassasiyet tüm farkı oluşturur. Tersine, üreticiler iş için uygun olmayan çok büyük çekirdekler kullandığında, lazer ışını odaklanmak yerine dağılır. Bu, özellikle kesim işlemi sırasında malzeme yüzeyi boyunca hızlı hareket ederken, daha büyük nokta boyutlarına ve daha kötü konumlandırma doğruluğuna neden olur.

Lazer Çıkış Gücü ve Malzeme Kalınlığı: Hız ile Kenar Hassasiyeti Arasında Denge

Lazer gücüne doğru ayar vermek, sadece gücü maksimuma çıkarmak değil, çalıştığımız malzeme türüne göre güç seviyesini uygun hale getirmektir. Altı kilovat sistemler on milimetreden kalın plakalarla çalışırken kesinlikle işlemleri hızlandırır, ancak ince sac levhalara fazla güç uyguladığınızda bükülme ve erimiş kenarlar gibi sorunlarla karşılaşabilirsiniz. Örneğin paslanmaz çelik alalım. Dört kW lazer, boyut toleranslarını artı eksi sıfır nokta sıfır beş mm içinde tutarak yaklaşık bir nokta iki metre/dakika hızda on iki mm kalınlık bir plakayı işleyebilir. Ancak aynı güç seviyesini bir mm kalınlık saca uygulamaya çalışırsanız, dross oluşumu ve kötü kenar kalitesi gibi çeşitli sorunlarla karşılaşmanız kaçınılmaz olacaktır. Çoğu atölye, malzeme kalınlığına göre endüstriyel standartlara dayalı güç ayarlarını takip eder. Karbon çelik genellikle dağınık kenarları önlemek ve kesim genişliğini tüm süreç boyunca tutarlı tutmak için yaklaşık 500 watt/mm'ye ihtiyaç duyar. Geçen yıl Ponemon Enstitüsü tarafından yayınlanan araştırmaya göre, tüm endüstriyel atıkların neredeyse üçte biri bu güç ve kalınlık dengesinin bozulmasından kaynaklanmaktadır. Bu nedenle doğru kalibrasyon, sadece hurda metal yığınlarını önlemekle kalmaz, aynı zamanda üretim maliyetleri açısından da gerçek bir fark yaratır.

Tutarlı Lazer Kesme Makinesi Performansı için Süreç Parametresi Optimizasyonu

Süreç parametrelerinin hassas ayarı, termal girişim, malzeme kaldırma dinamikleri ve hareket senkronizasyonunun dengelenmesiyle tekrarlanabilirliği sağlar. Etkili optimizasyon, üretim süreçleri boyunca hataları en aza indirirken hızı ve kenar bütünlüğünü korur.

Isı Etkilenmiş Bölge ve Teraci Üzerinde Kesme Hızı, Darbe Frekansı ve Çalışma Döngüsü Etkileri

Kesme hızı, işlem sırasında ne kadar ısı birikir olduğunu büyük ölçüyle etkiler. Çok yavaş olduğunda, ısı etkilenmiş bölge (HAZ), paslanmaz çelikte yaklaşık %15 daha büyük olabilir ve bu genellikle çarpılmaya ve yapısal bütünlüğün zayıflamasına neden olur. Tam tersine, çok hızlı gitmek ise nüfuz derinliğiyle ilgili sorunlara yol açar ve dross malzeme üzerinde yapışmaya başlar. Darbe frekansı ve çalışma döngüsünü ayarlamak, verilen enerji üzerinde çok daha hassas bir kontrol sağlar. Alüminyum gibi döküm demir olmayan metallerde, 500 ile 1.000 Hz arasındaki düşük frekanslar erimiş havuzun kararlı kalmasını sağlar ve dross oluşumunu yaklaşık %30 oranında azaltır. Deneyim, 5 mm kalınlıkta alüminyum sac ile çalışırken, makineyi yaklaşık %70 çalışma döngüsünde ve dakikada yaklaşık 0,8 metre hızla ayarlamak, aşırı oksidasyon veya yüzey kalitesini bozan sinir bozucu yüzey striyasyonlarına neden olmadan, eriyik atımı ve temiz kenarlar açısından genellikle iyi sonuçlar verdiğini göstermiştir.

Kesim Kenarlarının Tekdüze ve Dik Açılı Olması için Yardımcı Gaz Seçimi ve Basınç Ayarı

Yardımcı gazlar, oksidasyonu, ısı transferini ve erimiş metalin uzaklaştırılmasını yöneterek kesim kalitesini belirler. Azot (≥%99,5 saflık), paslanmaz çelikte oksit içermeyen, düşük pürüzlülükte kenarlar oluşturur (Ra < 1,5 µm); oksijen, ekzotermik reaksiyonla kesimi hızlandırır ancak eğim açısını 2–5° artırır. Gaz basıncı, malzeme kalınlığı ile orantılı olmalıdır:

• İnce malzemeler (<3 mm): Dar ve tek tip kesim boşluğu sağlamak için 8–12 bar basınç gerekir
• Kalın plakalar (>10 mm): Erimiş malzemenin tamamen uzaklaştırılması ve dikey kenar geometrisi için 15–20 bar gereklidir

Basınç eksikliği veya fazlalığı, çizgi izleri, kenar yuvarlanması veya cürufun tamamen uzaklaştırılmamasına neden olur. Yüksek yansıtıcılığa sahip bakır alaşımlarında argon gazı, geri yansımayı bastırarak konum tekrarlanabilirliğini 0,1 mm kadar artırır.

Lazer Kesim Makinesinin Mekanik Stabilitesi ve Hareket Hassasiyeti

Lazer Kesim Makinesi Hassasiyetini Etkileyen Malzeme Bazlı Zorluklar

Malzeme özellikleri, dar toleranslı performansı zorlayan doğası gereği değişkenlik gösterir. Üç faktör öne çıkar: kalınlık tutarlılığı, yüzey yansıtıcılığı ve oksidasyon durumu.

Kalınlık, Yansıtıcılık ve Yüzey Oksidasyonunun Kesim Genişliği Tutarlılığı ve Konumsal Doğruluk Üzerindeki Etkisi

Kesme sırasında malzeme kalınlığında değişiklikler meydana geldiğinde operatörlerin makine parametrelerini sürekli olarak uçuş halinde ayarlamaları gerekir. Daha kalın parçalar doğal olarak daha düşük seyahat hızı ve artan lazer gücü gerektirir; bu da beklenen özelliklere göre daha fazla ısı birikimine ve daha geniş kesitlere neden olur. Bazı durumlarda fark yaklaşık %15'e kadar çıkabilmektedir. Alüminyum gibi yansıyan malzemelerle çalışmak başka bir zorluk teşkil eder çünkü bu metaller lazer enerjisini rastgele yönlerde geri yansıtmaya eğilimlidir. Bu durum tutarsız kesme genişliklerine yol açar ve yaklaşık yarım milimetrelik bir konumlandırma doğruluğu korumak için özel darbe ayarlarının uygulanmasını gerekli kılar. Yüzey koşulları durumu daha da karmaşık hale getirir. Hafif çelik yüzeylerinde oluşan pas, istenen kesme yolunu bozan öngörülemeyen sıcak noktalar oluşturur. Anodize alüminyum kaplamaların da kendi sorunları vardır çünkü lazer ışınının odaklanması gereken yerden uzaklaşmasına eğilim gösterirler ve mühendislerin odak kayması hataları olarak adlandırdıkları şeyi yaratırlar. Bu tüm faktörler bir araya geldiğinde, üretim atölyelerinde karışık ürün serileri ve küçük parti boyutlarıyla çalışılırken 0,5 mm'nin altındaki toleransları korumak son derece zor hale gelir.

Lazer Kesme Makinesi Çıktısında Ölçüm ve Hassasiyetin Doğrulanması

Amaç doğrulama, işlevsel performans ve montaj uyumuyla doğrudan ilişkili olan üç ölçülebilir metriğe—kesim boşluğu genişliği, kenar eğimi ve yüzey pürüzlülüğüne—dayanır.

Kesim Boşluğu Genişliği, Kenar Eğimi ve Yüzey Pürüzlülüğü gibi Niceliksel Hassasiyet Metrikleri

Kerf genişliği, temelde ne kadar malzemenin kesilip kaldırıldığını ifade eder ve birbiriyle değiştirilebilen parçalar elde etmek için bu değer her iki yönde de yaklaşık 0,05 mm'ye yakın olmalıdır. Bu sınırların dışına çıkıldığında muhtemelen odaklama, hizalama veya bir yerde ısı kaynaklı sorunlar vardır. Kenar konikliği, kesim sonrası kenarların ne kadar düz olduğuna işaret eder. Mukavemetin önemli olduğu yapılarda, çoğu teknik şartname eklemelerin basınca karşı dayanabilmesi için konikliğin en fazla 1 derece olmasını ister. Yüzey pürüzlülüğü, sıklıkla Ra değeri olarak adlandırılır ve parçaların aşınmadan önce ne kadar dayanacağına, sürtünmeye ve paslanmaya karşı dirençlerine kadar birçok şeyi etkiler. Çoğu fabrika önemli bileşenlerde 3,2 mikronun altındaki Ra değerlerini hedefler. İyi ölçüm değerlerinin nasıl olması gerektiği konusunda uluslararası bir standart olan ISO 9013 bile mevcuttur. Operatörler, problemlerin aşınmış lenslerden, kararsız gaz akışından ya da makinenin hareket sistemindeki arızalardan kaynaklanıp gelmediğini anlamak için sürekli olarak mikroskoplar ve elle muayene yöntemleriyle bu değerlere göre kontrol yapar.