Laserové obrábění a jeho vliv na životní prostředí

Laserové obrábění, zejména 3D laserové zpracování, transformuje automobilový průmysl a další odvětví, přičemž nabízí zlepšení kvality, snížení nákladů a zlepšení ekologické udržitelnosti výrobních procesů.

3D Laserové Zpracování v Automobilovém Průmyslu

Zejména 3D řezání laserem je klíčové při výrobě složitých kovových součástí, jako jsou součásti motoru a součásti karoserie. Tyto díly, které vyžadují maximální přesnost a pevnost, velmi těží z přesnosti a jemnosti 3D laserového řezání. 3D laserové řezačky využívají zdroj tepla s vysokou hustotou, vytvářející přesné řezy s minimální zónou ovlivněnou teplem, což je klíčové pro odolnost a výkon automobilových dílů, aniž by došlo k vážným deformacím mechanických součástí. Skutečnost zahřívání malé části kovových součástí také zajišťuje, že změny v chování mikrostruktury použitých kovových slitin jsou co nejvíce omezeny.

Tato technologie také výrazně zkracuje dobu výroby a zajišťuje konzistentní kvalitu dílů a rychlejší časy obratu. V automobilovém průmyslu je čas rozhodující a 3D laserové zpracování pomáhá udržet tempo výroby bez kompromisů v kvalitě.

Kromě toho v posledních letech automobilový průmysl stále více používá vysokopevnostní ocel (HSS) pro mnoho konstrukčních součástí, protože tyto slitiny se vyznačují větší tuhostí a umožňují snížení hmotnosti - a tím i spotřeby paliva. Oceli patřící do této rodiny je právě pro jejich vynikající mechanické vlastnosti obtížné a nákladné opracovat tradičními technologiemi odstraňování třísek.

Integrace 3D laserového řezání v rámci Průmyslu 4.0 nastavuje nový standard v automobilovém průmyslu. Výzkumníci zdůrazňují, že integrace automatizovaných laserových řezacích strojů s technologiemi Průmyslu 4.0 znamená, že tyto systémy lze nyní bez problémů začlenit do výrobního procesu, což účinně zvyšuje automatizaci a efektivitu.

Čtěte také: Vliv elektroerozivního obrábění na ekologii

3D laserová řešení společnosti Prima Power jsou v popředí spojování technologické dokonalosti se zodpovědností vůči životnímu prostředí a nákladovou efektivitou v automobilovém průmyslu. Naše stroje, jako je řada Laser Next® , jsou navrženy tak, aby poskytovaly prvotřídní výkon, konkrétně splňující různorodé požadavky automobilové výroby. Naše 3D laserové stroje jsou navrženy tak, aby optimalizovaly návratnost investic pro naše zákazníky. Náš přístup také upřednostňuje nejen produktivitu a efektivitu našich strojů, ale také jejich dopad na životní prostředí. Snažíme se vyvíjet řešení, která přispívají k udržitelným výrobním postupům v automobilovém sektoru.

Laserové řezání skla

Sklo je doslova všude kolem nás, lidstvo ho zná a používá již více než 5000 let. Je tedy snadné přehlédnout, že se jedná o jedinečný materiál s velmi užitečnou kombinací fyzikálních vlastností. Nejzřetelnější z nich a jedna z nejcennějších je, že je průhledné. Sklo je také mechanicky pevné a relativně odolné proti poškrábání. Navíc nereaguje s většinou chemikálií - dokonce ani s mnoha silnými kyselinami. A neprocházejí jím kapaliny, ani plyny. Sklo je biokompatibilní, což znamená, že sterilizované sklo lze bezpečně implantovat do lidského těla. Z těchto a dalších důvodů se použití skla rozšířilo daleko za hranice architektonických a automobilových oken, která všichni známe, do stále sofistikovanějších výrobků. Již nyní se hojně používá v lékařských přístrojích, přístrojích pro vědy o živé přírodě, polovodičových nástrojích a spotřební elektronice.

Pokud jde o použití skla, obvykle to znamená potřebu tenčích kusů, často se zakřivenými hranami nebo výřezy. Tento požadavek však představuje výzvu. Je to proto, že tradiční metody řezání skla - jako je staré dobré mechanické řezání karbidovým nástrojem nebo řezání vodním paprskem - nemohou snadno pracovat s opravdu tenkými skly nebo vytvářet různé druhy prvků - zejména tenké křivky. Přinejmenším ne v rámci požadovaných nákladů a výrobních časových omezení.

Starší metody řezání skla vytvářejí ve skle velmi malé trhliny a zbytkové napětí. Tím se sklo stává mnohem náchylnějším k rozbití při následné manipulaci a používání. Ukazuje se totiž, že když se sklo rozbije, prasklina téměř vždy začíná na vnějším okraji, i když na něj síla působí uprostřed. Při většině procesů řezání skla také obvykle vznikají drobné třísky a úlomky a řezná hrana není nutně dokonale kolmá k povrchu skla. Kvůli tomu všemu mohou být nutné různé další kroky, jako je broušení nebo leštění řezaného povrchu. Pro výrobce představují všechny další kroky zpracování nutné po řezání prodloužení výrobního času a nákladů.

Nová metoda přesného řezání nazvaná "filamentace" byla vyvinuta speciálně s cílem uspokojit rostoucí potřebu přesného řezání tenkého skla bez vzniku pnutí a bez úlomků. Filamentace vyžaduje laser s ultrakrátkými pulzy (Ultra Short Pulse Laser, dále jen USP), protože pouze ten dokáže generovat velmi vysoký špičkový výkon, na kterém je tato technika založena. Při filamentaci se USP laser zaostřuje do vnitřku skla a vytváří řadu mikroskopických dutin (neboli vláken), které mohou být hluboké až několik milimetrů. Pro vytvoření souvislého řezu se laserový paprsek pohybuje vůči sklu v požadovaném tvaru a vytváří v něm řadu velmi blízko sebe umístěných dutin. V závislosti na tloušťce a typu skla se hotový díl následně buď mechanicky přímo oddělí podél řezu, nebo jej lze oddělit zahřátím. Filamentace umožňuje vysokorychlostní řezání křivek a vložek (bez zúžení) do skla o tloušťce od 0,05 mm do 10 mm.

Čtěte také: Odpady vzniklé při obrábění

Společnost Coherent vyvinula vlastní formu filamentačního řezání nazvanou SmartCleave. Tato metoda specificky využívá jedinečné vlastnosti našich laserů USP řady HyperRapid. Jednou z nich je takzvaný "burst mode", kdy laser vydává rychlou sérii pulzů. Tím se dosáhne jemnějšího profilu ohřevu než při řetězci pulzů se stejnou celkovou energií, ale dodávaných po delší dobu. Výhodou technologie SmartCleave je až dvojnásobné zvýšení rychlosti řezání. Vytváří také hladší a rovnější otvory než jiné filamentační metody řezání. Kromě toho technologie SmartCleave zanechává řeznou hranu bez mikrotrhlin, třísek a úlomků. To vše zlepšuje průchodnost výroby a snižuje náklady díky eliminaci kroků následného zpracování.

Používání skla ve špičkových technologických výrobcích bude zjevně pokračovat, protože nic jiného se mu nevyrovná. A řezání SmartCleave umožňuje vyrábět skleněné součásti s takovou přesností, jakou tato nová náročná použití vyžadují.

Laserové řezací stroje a jejich výhody

Nejnovější model špičkového laserového řezacího stroje. Plně uzavřený laser FIBER je vybaven kamerou pro sledování a kontrolu procesu řezání. Použití komponent od světových výrobců zajišťuje dlouhou životnost a bezporuchový provoz laserové řezačky. Vláknové laserové řezačky jsou nejmodernější stroje, které se vyznačují mnoha výhodami. Nejenže jsou vynikající a cenově mnohem výhodnější alternativou k technologii CO2, ale nabízejí také řadu vlastních výhod, které umožňují rozšíření výroby (až o 70 %) a zvýšení kvality. Technologie FIBER umožňuje řezání plechů a dalších materiálů o různých tloušťkách od velmi tenkých až po velmi silné.

Mezi největší výhody laseru patří: bezporuchové optické vlákno, žádné opotřebitelné díly, žádné opotřebení. Laserový zdroj z optických vláken zabírá přibližně o 1/3 méně místa, vysoká energetická účinnost - 100 000 provozních hodin, univerzální použití (speciální plechy, černá a nerezová ocel, měď, mosaz, hliník, titan) Laserové vlákno zvyšuje produktivitu o 80 %, snižuje servisní náklady o 70 %, úspora energie o 80 %, snižuje spotřebu plynu, ušetří prostor haly o 30 %.

Bezpečnost a neznečištění plný kryt laseru, pozorovací okénko s ochranným sklem laseru v evropské normě CE, kouř vznikající při řezání lze vnitřně filtrovat, neznečišťuje životní prostředí.

Čtěte také: Dopad nekonvenčních metod obrábění na životní prostředí

Technologie laserového řezání

Řezání laserem označuje proces oddělování, jehož pomocí lze řezat kovové a nekovové materiály s různou tloušťkou. Základem je laserový paprsek, který je veden, tvarován a sdružen do svazku. Pokud narazí na obrobek, zahřeje se materiál natolik, že se roztaví nebo odpaří. Celý výkon laseru se přitom soustředí na jeden bod o průměru většinou méně než půl milimetru. Pokud se v tomto místě nahromadí více tepla, než může odtéci vedením tepla, pronikne laserový paprsek zcela materiálem - proces řezání začal. Zatímco u jiných postupů působí masivní nástroje na plech obrovskou silou, laserový paprsek vykonává svoji práci bez jediného dotyku.

Všechny materiály obvyklé v průmyslovém zpracování - od ocele přes hliník, ušlechtilou ocel a barevné plechy až po nekovové materiály, jako jsou plasty, sklo, dřevo nebo keramiky - je možné pomocí laseru řezat bezpečně a kvalitně. Pomocí nástroje je možné řezat velmi rozdílné tloušťky plechu od 0,5 až do 30 mm. Svazkový laserový paprsek zahřívá materiál pouze v daném místě a zbývající část obrobku je tepelně zatěžována buď minimálně nebo vůbec. Díky tomu není řezná mezera širší než paprsek a i komplexní, jemné obrysy je možné řezat hladce a bez otřepů. Časově náročná dodatečná úprava již ve většině případů není nutná. Lasery s ultrakrátkými impulzy odpaří téměř každý materiál tak rychle, že není znát žádný tepelný vliv. Vznikají tak kvalitní řezné hrany bez taveniny. Proto se tyto lasery optimálně hodí pro výrobu jemných, kovových produktů, například stentů v lékařské technice.

Základní aspekty laserového řezání:

• Zaostřovací optika: čočkové a zrcátkové optiky zaostřují laserový paprsek na místo obrábění
• Laserový paprsek: laserový paprsek naráží na obrobek a zahřívá ho, dokud se neroztaví nebo neodpaří.
• Řezný plyn: pomocí řezného plynu je vznikající tavenina vyfukována z řezné mezery. Plyn vychází z trysky souose s laserovým paprskem.
• Řezné rýhy: při laserovém řezání získává řezná hrana typický vzor rýhy. Při malé rychlosti řezání probíhají tyto rýhy téměř paralelně s laserovým paprskem.
• Tavenina: laserový paprsek - svazkové laserové světlo - je veden po obryse a v daném místě roztaví materiál.
• Čelní strana obrobku: řezná mezera je stěží širší než zaostřený laserový paprsek.
• Tryska: laserový paprsek a řezný plyn prochází řezací tryskou a dopadá na obrobek.
• Směr řezu: v důsledku pohybu řezací hlavy nebo obrobku v určitém směru vzniká řezná mezera.

BrightLine fiber je geniální spojení speciální optiky, trysek s optimalizovaným prouděním a dalších technických inovací. Krátké a ultrakrátké impulsní lasery řežou rychle a hospodárně i nejjemnější struktury v rozsahu mikrometrů.

Při řezání plamenem se používá jako řezný plyn kyslík, který je vyfukován do řezné mezery tlakem až 6 barů. Shoří a zoxiduje tam roztavený kov. Energie uvolněná touto chemickou reakcí podporuje laserový paprsek. Při tavném řezání se jako řezný plyn používá dusík nebo argon. Tato látka je hnána řeznou mezerou tlakem 2 až 20 barů a na rozdíl od řezání plamenem nereaguje s kovovým povrchem v řezné mezeře. Řezání sublimací se používá především pro jemné řezání, kdy jsou vyžadovány vysoce kvalitní řezné hrany. Při tomto postupu laser odpařuje materiál pokud možno s minimálním tavením. Pára z materiálu vytváří v řezné mezeře vysoký tlak, který taveninu vytlačuje směrem nahoru a dolů.

Při jemném řezání laserovým paprskem jsou impulsní laserovou energií umisťovány jednotlivé otvory za sebou, ty se z 50 až 90 % překrývají a vytváří řeznou mezeru. Z krátkých impulsů vyplývají velmi vysoké špičkové impulsní výkony a extrémní hustota výkonu na povrchu obrobku.

Zaostření ovlivňuje hustotu výkonu a tvar řezné mezery na obrobku. Aby došlo k překročení prahové hodnoty obrábění, tj. bodu, ve kterém se materiál začíná tavit, je nezbytná určitá energie na ploše. Výběr správné trysky je směrodatný pro kvalitu dílů. V závislosti na příslušné úloze řezání a zpracovávaném materiálu se stanovuje rychlost řezání. V zásadě platí, že čím větší výkon laseru je k dispozici, tím rychleji je možné řezat. Kromě toho rychlost řezání klesá s přibývající tloušťkou materiálu.

Téměř všechny CO2 lasery poskytují lineárně polarizované laserové světlo. Při řezání obrysů se výsledek řezání mění podle směru řezu: pokud světlo kmitá paralelně se směrem řezu, je hrana hladká. Pokud světlo kmitá kolmo ke směru řezu, vzniká otřep. Proto se lineárně polarizované laserové světlo mění většinou na kruhově polarizované. Stupeň polarizace udává, nakolik správně byla dosažena požadovaná kruhová polarizace a je rozhodujícím ukazatelem kvality řezu.

V závislosti na metodě řezání se používají různé procesní plyny, které jsou hnány řeznou mezerou s různými tlaky. Argon a dusík mají jako řezný plyn například tu výhodu, že nereagují s roztaveným kovem v řezné mezeře. Ve spojení s vysokým výkonem laseru může vést použití směsi dusíku a kyslíku k redukci otřepů v konstrukční oceli a hliníku.

Výhody laserových řezacích strojů:

• Téměř neomezené možnosti využití s mnoha chytrými funkcemi.
• Vhodný 2D laserový řezací stroj pro každý požadavek (CO2 nebo pevnolátkový laser).

Průmyslové využití laserového ohřevu

V průmyslu se pro tento účel nejčastěji používají lasery CO2 a Nd:YAG, v poslední době i diodové lasery a lasery rubínové. Pro aplikaci vhodného laseru je důležitá hlavně absorpce záření u opracovávaného materiálu. U krátkovlnných ND:YAG laserů je stupeň absorpce 3 až 5kráte vyšší nežli u dlouhovlnného CO2 laseru, který je zase vhodný pro většinu umělých hmot.

Ve srovnání s konvenčními metodami se při laserovém opracovávání materiálů neopotřebovává žádný obráběcí nástroj, obráběný materiál je celkově minimálně namáhán a pracovní rychlost je vysoká. Laserový ohřev lze automaticky a flexibilně řídit, kvalita opracování je výborná a stabilní.

V metalurgickém průmyslu se laserový ohřev používá na řezání, vrtání, svařování, letování a povrchové vytvrzování. Laserový ohřev je cenově výhodný i při velké rozmanitosti výrobků a při malých vyráběných sériích. CO2 laser se v průmyslu nejčastěji používá k řezání. Předností je úzký a čistý řez, který zaručuje minimální tepelný vliv na okolní materiál.

Laserové sváření má mnohostranné využití, od sváření drobných pružinek pro měřicí přístroje až po sváření silných plechů. U drobných výrobků velikosti několika milimetrů a pro bodové sváření se uplatňují Nd-YAG lasery s výkonem do 1,5 kW. Pro švové svařování plechů tloušťky nad 25 mm se používají CO2 lasery s výkony až 40 kW. Šev je velmi úzký, vysoké kvality a okolní materiál se minimálně ohřívá.

V automobilovém průmyslu se u laserového sváření oceňuje zejména rychlost, vysoká kvalita, minimální tepelné namáhání okolního materiálu a čistota svaru, který nevyžaduje žádné další úpravy. Laserové svařování se používá zejména tam, kde se vyžadují přesné spoje, při svařování natupo, pro koutové svary, ale i pro bodové svařování. U svařování přeplátováním je hodnotícím kritériem vyšší pevnost a těsnost svaru.

Laserový ohřev se uplatní i při povrchových úpravách, např. při vytvrzování malých, přesně definovaných oblastí. Vytvrzovat lze i těžko přístupná místa, např. vnitřní plochy válcových součástí.

Typy laserů a jejich parametry

Rozdělení typů laserů se základními technickými parametry:

tags: #obrabeni #laserem #vliv #na #životní #prostředí

Oblíbené příspěvky:

• Odpadové hospodářství Jeneč
• Nové poplatky za odpad a třídění v Panenském Týnci
• Pavouci u Kompostu
• Přírodní krásy ČR
• Opatření pro čistší ovzduší