Kaip aliuminio lazeriniai pjūklai leidžia tiksliai kurti sudėtingas formas

Išvystymas Aliuminio laserio pjoviklis šiuolaikinėje gamyboje

Didėjantis paklausos augimas aliuminio lazeriniai pjaustytuvai pramoniniuose Taikymuose

Nuo 2019 m. gerokai padidėjo gamintojų, naudojančių aliuminio lazerinius pjūklius, skaičius. Pagal praėjusiais metais paskelbtą Gamybos technologijų instituto ataskaitą, naudojimo lygis išaugo apie 47 %, ypač akivaizdui aviacijos gamyklose ir transporto priemonių gamintojų įmonėse. Kuo paaiškinamas šis reiškinys? Pramonei reikia detalių, kurios būtų tiek lengvos, tiek pakankamai stiprios, kad atlaikytų sunkias sąlygas. Dažnai tokios detalės turi labai sudėtingas formas su tikslumu, didesniu nei 0,1 milimetro. Lazerinis pjaustymas puikiai tinka 6xxx serijos aliuminio lydiniams, kuriuos dauguma pramonės šakų jau taip naudoja, nes jie sudaro beveik du trečdalius viso gamyboje naudojamo aliuminio. Todėl vis daugiau įmonių dabar lazerinį pjaustymą laiko būtinu savo gamybos procesu dirbant su aliuminio medžiagomis.

Privalumai prieš tradicinį apdirbimą: greitis, tikslumas ir universalumas

CNC valdomi pluoštiniai lazeriniai sistemos pasiekia 4 kartus didesnį pjaustymo greitį nei vandens srauto metodai, išlaikant ±0,05 mm tikslumą 2–25 mm storio lakštuose. Skirtingai nuo mechaninio apdirbimo, kuriam būdingas lenkimas, lazerinis apdirbimas pašalina įrankių dėvėjimosi problemas ir sumažina medžiagos atliekas 40 % automobilių prototipų kūrimo taikymuose.

Automatizacijos ir CNC integracijos vaidmuo sudėtingoje metalo apdoroje

Automatinės įkrovos/iškrovos sistemos, sujungtos su adaptacine optika, leidžia nepertraukiamai gaminti sudėtingų aliuminio detalių su 99,8 % pakartojamumu. Naujausių spindulio moduliacijos technologijų tobulinimai sutrumpino ciklo trukmę 35 %, pasiekiant paviršiaus šiurkštumo reikšmes žemiau Ra 1,6 μm, pranašesnes už aviacijos pramonės apdailos standartus AS9100.

Tikslumo pagrindiniai principai srityje Aliuminio lazerinis pjaustymas

Pagrindiniai veiksniai, turintys įtakos aliuminio medžiagų pjaustymo tikslumui

Aliuminio šilumos laidumas (237 W/m·K) ir atspindžio geba (≈90 % prie 1 μm bangos ilgio) reikalauja specializuotų lazerinių valdymo sistemų, kad būtų išlaikytas pjovimo tikslumas. Šiuolaikiniai aliuminio lazeriniai pjovikliai kompensuoja šias savybes naudodami adaptuojamą spindulio moduliavimą ir tikrojo laiko temperatūros stebėjimą, pasiekiant padėties tikslumą ±0,01 mm ribose, kaip rodo naujausi pramonės analizės duomenys.

Pjovimo tolerancijos, kraštų kokybė ir paviršiaus apdorojimas kaip našumo rodikliai

Tankios tolerancijos žemiau 0,05 mm Ra paviršiaus šiurkštumo dabar pasiekiamos naudojant pluošto lazerines sistemas, kuriose pjūvio plotis gali būti toks siauras kaip 0,15 mm 3 mm storio 6061 lydinio plokštėje. Kaip parodyta avialinijų komponentų tyrimuose , tai pašalina antrinių operacijų poreikį 78 % apdirbtų detalių, tuo pačiu išlaikant tempiamąją stiprumo vientisumą.

Lazerio parametrų įtaka: galia, greitis, fokusavimas ir spindulio veiksena

Parametrų optimizavimas reikalauja subalansuoti keturis tarpusavyje susijusius kintamuosius:

• Galia : 4–6 kW yra optimali 1–10 mm lakštam (neleidžia susidaryti dross formavimuisi žemiau 0,3 mm)
• Greitis : 15–25 m/min neleidžia kauptis šilumai plonose skardose
• Fokuso gylis : nuo –0,5 mm iki +1,2 mm diapazone užtikrinamas tolygus išgarinimas
• Spindulio režimas : vienmoduliai lazeriai HAZ plotį sumažina 40 % lyginant su daugiapolių režimų lazeriais

Pjovimo greičio ir matmeninės tikslumo kompromisai

Didinant padavimo greitį virš 30 m/min, kiekvienas 5 m/min pagreitis 5000 serijos lydiniuose sukelia 0,02 mm tikslumo praradimą. Tačiau pažangūs judėjimo valdymo sistemos gali sumažinti šį kompromisą naudodamos prognozuojančias maršruto korekcijos algoritmus, iki 45 m/min pjovimo greičio išlaikant <0,035 mm nuokrypį.

Pluoštinis lazeris: geresnis pasirinkimas aliuminiui pjaustyti

Kodėl pluoštiniai lazeriai veikia geriau nei CO2 ir YAG sistemos atspindinčiuose metaluose

Remiantis 2023 m. Advanced Manufacturing Research Centre atliktais tyrimu, pluošto lazeriai yra apie 30 procentų efektyvesni pjauti aliuminį nei tradiciniai CO2 sistemos. Kas tai daro įmanomu? Pluošto lazeriai veikia bangos ilgiu apie 1,08 mikrometrų, todėl jie yra sugeriami tris kartus geriau nei tie seni CO2 lazeriai, kurie skleidžia 10,6 mikrometrų bangos ilgio spindulius. Tai iš tiesų pasireiškia realiomis naudomis. Pavyzdžiui, dirbant su 3 mm storio lakštais, pluošto lazeriai gali pjaustyti greičiu iki 40 metrų per minutę, visada sunaudodami apie 20 % mažiau energijos. Tai svarbu, nes aliuminis visada buvo sudėtingas medžiaga dėl jo linkimo atspindėti lazerio spindulius. Dauguma CO2 sistemų praranda daugiau nei 45 % savo spinduliuotės energijos dėl šių atspindžių, todėl jos tampa žymiai mažiau veiksmingos aliuminio pjaustymo taikymuose.

Spindulio kokybė ir taško dydžio valdymas aukšto atspindžio aplinkose

Tiksliąja pluošto lazerio pjaustyklė išlaiko spindulio skersmenį mažesnį nei 20 mikronų dėka patentuotų kolimacijos optikos sistemų, leidžiančių pjūvio plotį siaurinti iki 0,1 mm. Realaus laiko adaptacinė optika kompensuoja šiluminio lęšio efektus, kurie kliudo YAG sistemoms, užtikrindama nuoseklią fokuso gylį ±0,05 mm ribose – tai būtina aviacijos pramonei skirtų aliuminio detalių gamybai, reikalaujančios ±0,1 mm padėties tikslumo.

Aliuminio atspindžio ir šilumos laidumo iššūkių įveikimas

Šiuolaikinės sistemos integruoja impulsinio veikimo režimus, kurie sumažina šilumos kaupimąsi 60 % lyginant su tolydiniu bangos pjovimu. Atspindžio jutikliai stebi atgal atsispindėjusios šviesos intensyvumą, automatiškai reguliuodami impulsų trukmę žemiau 1 ms, kad būtų išvengta optinės žalos. Su dujomis pagelbintas pjaustymas azotu (grynumas >99,95 %) sumažina oksidaciją 80 %, tuo pačiu gerindamas šilumos sklaidą 6xxx serijos aliuminio lydiniuose.

Atvejo analizė: Aviacijos komponentų gamyba naudojant pluošto tipų sistemas Aliuminio lazeriniai pjaustytuvai

2024 m. atlikta lėktuvų tvirtinimo detalių gamybos analizė parodė, kad pluošto lazeriniai sistemos sumažino ciklo trukmę 52 % lyginant su CO₂ alternatyvomis, kartu pasiekiant 99,97 % dimensinio atitikimo AS9100 standartams. Technologijos <0,05 mm pakartojamumas leido 14 suvirintų dalių surinkimą pakeisti vienintelėmis 6061-T6 aliuminio detalėmis, sumažinant medžiagų švaistymą 37 % didelės apimties aviacijos taikymuose.

Sudėtingumo ir sudėtingų konstrukcijų pasiekimas aliuminyje

Konstravimo lankstumas: sudėtingų geometrijų įgyvendinimas mikroniniu tikslumu

Dabartiniai aliuminio lazeriniai pjaustyklės dėka išmanios spindulio valdymo sistemų ir nuolatinio stebėjimo galimybių gali pasiekti apie ±5 mikronų kartojamumą. Tai, kas anksčiau buvo laikoma neįmanoma naudojant senesnes pjaustymo technologijas, dabar yra pasiekta šiomis pažangiomis mašinomis. Pagal paskutinių metų tyrimus, paskelbtus „Advanced Manufacturing Journal“, pluošto lazeriai sumažina formos klaidas aliuminio detalių gamyboje maždaug du trečdalius, lyginant su plazmos pjaustymo metodais. Toks tikslumas daro juos idealiais specializuotoms aplikacijoms, tokioms kaip mikroskopiniai kanalai turintys maži šilumokaičiai ar radio dažnių skydeliai, kurių pozicijavimas turi būti ribose, neviršijančiose 6 mikronų tolerancijos. Gamytojai, dirbantys aukšto tikslumo projektus, vis dažniau pasitelkia šias sistemas dėl jų nepalygintos stabilumo.

Pritaikymas pramonės šakose, reikalaujančiose sudėtingų aliuminio detalių (pvz., aviacinė, elektronikos)

Aviacijos kompanijos pradėjo naudoti aliuminio lazerinio pjaustymo technologiją, kad pagamintų tas mažas aušinimo skyles turbinų mentyse. Šios skylės turi nuo 0,08 iki 0,12 milimetrų skersmenį ir yra tankiai išdėstytos – apie 300 viename kvadratiniame centimetre. Tai maždaug 40 procentų geriau nei tai, ką galėjo pasiekti EDM metodai anksčiau. Perėjus prie elektronikos gamybos, greiti galvano lazeriniai sistemos tiesiogiai ant aliuminio paviršių sukuria sudėtingus 0,5 mm žingsniu išdėstytus laidų raštus, nesukeldamos nepageidaujamų šilumos deformacijų. Kai pagalvoji, tai tikrai įspūdinga. Nepamirškime ir medicinos prietaisų sritys, kur gamintojai teigia beveik tobulus rezultatus su implantuojamais aliuminio detalėmis. Jie pasiekia apie 98 % sėkmingumo lygį pirmuoju bandymu komponentams, kurių sienelių storis siekia vos 50 mikrometrų. Aišku, kodėl pastaruoju metu tiek daug pramonės šakų taip susižavėjo šiomis naujomis lazerinėmis galimybėmis.

Medžiagos savybės: kaip aliuminio šiluminės savybės veikia lazerinį apdorojimą

Dėl aliuminio aukšto šilumos laidumo (229 W/m·K) reikia taikyti impulsinį pjaustymą 2–5 m/min greičiu, kad išlaikytų 0,01 °C/μm šiluminius gradientus. Naujausi bandymai parodė, kad dviejų dujų sistemos (helis + azotas) 10 mm storio plokštėse kraštų statmenumą pagerina 27 %.

Dažnai užduodami klausimai apie Aliuminio lazerinis pjaustymas

K: Kodėl aliuminiui pjaustyti naudoti lazeriniai būdai yra pageidautini prieš tradicinius apdirbimo metodus?

A: Lazerinis pjaustymas užtikrina didesnį greitį, tikslumą ir mažesnę medžiagos švaistą, todėl yra efektyvesnis nei tradicinis apdirbimas, ypač sudėtingoms aliuminio detalėms.

K: Kokie pranašumai būdingi pluoštiniams lazeriams lyginant su CO2 sistemomis?

A: Pluoštiniai lazeriai yra efektyvesni – ypač geriau sugeria energiją aliuminyje – dėl to pasiekiamas didesnis pjaustymo greitis, mažesnis energijos suvartojimas ir mažiau spindulio atspindžio lyginant su CO2 sistemomis.

K: Ar aliuminio lazerinis pjaustymas gali apdoroti sudėtingus ar intrikuotus dizainus?

A: Taip, šiuolaikinė pluoštinio lazerio technologija leidžia pasiekti aukštą tikslumą iki mikronų lygio, todėl ji puikiai tinka sudėtingiems dizainams aviacijos ir elektronikos pramonėje.