č. 196, Lifa Avenue, Haian City, Nantong, provincia Jiangsu, Čína
Laserové rezanie sa používa prakticky v každom väčšom výrobnom a spracovateľskom priemysle, od letectva a automobilového priemyslu až po lekárske zariadenia, elektroniku, architektúru a spotrebný tovar. Zameraním vysokoenergetického laserového lúča na povrch obrobku na lokálne roztavenie, odparenie alebo spálenie materiálu – a následné odfúknutie zvyšku pomocou vysokotlakového asistenčného plynu – laserové rezanie poskytuje šírku zárezu pod 0,1 mm, zanedbateľné tepelne ovplyvnené zóny a schopnosť spracovať kovy, plasty, drevo, kompozity, keramiku a sklo s rovnakou presnosťou. Šírka materiálov, s ktorými pracuje, a presnosť, ktorú dosahuje, z neho robí jednu z najuniverzálnejších technológií rezania, ktorú majú moderní výrobcovia k dispozícii.
Pochopenie, prečo je rezanie laserom použiteľné v toľkých odvetviach, si vyžaduje krátky pohľad na základný proces. Laserový zdroj generuje vysoko koncentrovaný lúč koherentného svetla – zvyčajne CO2, vlákno alebo Nd:YAG v závislosti od aplikácie – ktorý je zaostrený cez šošovku na bodový priemer často menší ako 0,2 mm. V tomto ohniskovom bode môže dosiahnuť hustota energie 10 miliónov wattov na štvorcový centimeter , čo spôsobuje okamžité lokálne zahrievanie, ktoré odparuje alebo taví materiál bez ohľadu na jeho tvrdosť alebo húževnatosť.
Koaxiálny asistenčný prúd plynu – kyslík pre železné kovy na podporu oxidačného rezania a zlepšenie rýchlosti, dusík na nehrdzavejúcu oceľ a hliník na zabránenie oxidácii a dosiahnutie čistej hrany, alebo stlačený vzduch na nekovy – vyfukuje roztavený materiál z rezu a chráni zaostrovaciu optiku. Výsledkom je čistý, úzky rez s tepelne ovplyvnenou zónou zvyčajne menšou ako šírka 0,5 mm vo väčšine materiálov oveľa menšie ako alternatívy rezania plazmou alebo plameňom.
Táto kombinácia presnosti, rýchlosti, flexibility materiálu a bezkontaktného spracovania je to, čo robí laserové rezanie použiteľné v takom rozmanitom rozsahu priemyselných odvetví a aplikácií.
Letecký priemysel patril medzi prvých používateľov laserového rezania a zostáva jedným z jeho najnáročnejších aplikačných prostredí. Komponenty lietadiel a kozmických lodí vyžadujú tolerancie merané v stotinách milimetra, materiály, ktoré sa často ťažko opracujú konvenčnými prostriedkami, a povrchové úpravy, ktoré vyžadujú minimálne následné spracovanie. Laserové rezanie spĺňa všetky tri požiadavky súčasne.
Zliatiny titánu a superzliatiny na báze niklu používané v súčiastkach motorov, konzolách drakov lietadiel a konštrukčných paneloch sa bežne ťažko rezajú bežnými nástrojmi kvôli ich húževnatosti, sklonu k tvrdnutiu a zlej tepelnej vodivosti. Laserové rezanie spracováva tieto materiály pomocou rozmerové tolerancie ±0,05 mm alebo lepšie bez opotrebovania nástroja a deformácií spôsobených silou, ktoré trápia mechanické rezacie metódy. Vložky spaľovacej komory motora, polotovary lopatiek turbíny a panely gondoly sú všetky bežne rezané laserom v modernej leteckej výrobe.
Polymér vystužený uhlíkovými vláknami (CFRP) a kompozity zo sklenených vlákien teraz predstavujú viac ako 50% hmotnosti konštrukcie moderných komerčných lietadiel, ako sú širokotrupé prúdové lietadlá. Tieto materiály nie je možné efektívne rezať konvenčnými pílami alebo vodným lúčom bez delaminácie alebo vytrhnutia vlákien na okrajoch rezu. Laserové rezanie – najmä s pulznými vláknovými lasermi – oddelí kompozitné lamináty čisto s minimálnou tepelne ovplyvnenou zónou, čím sa dosiahne kvalita rezu na úrovni letectva, výstuh, rebier, panelov trupu a obvodov dverí.
Automobilový priemysel predstavuje celosvetovo najväčší samostatný priemyselný trh pre zariadenia na rezanie laserom s odhadovanou spotrebou 30–35 % celkového výkonu priemyselného laserového systému . Kombinácia vysokých objemov výroby, prísnych rozmerových požiadaviek a rastúceho používania vysokopevnostných ocelí a hliníkových zliatin robí z rezania laserom základný kameň v modernej výrobe vozidiel.
Dverové panely, strešné časti, podlahové panely, A/B/C stĺpiky a konštrukčné výstuže v karosérii vozidla sú pred tvarovaním a zváraním vyrezané laserom z pokročilých polotovarov z vysokopevnostnej ocele (AHSS). Laserové rezanie umožňuje výrobu zložitých vzorov otvorov, výrezov a orezaných profilov v jednej operácii bez zmien nástrojov – kritická výhoda pre technológiu, kde zavedenie nových modelov vyžaduje rýchlu flexibilitu nástrojov. Moderná karoséria automobilu obsahuje viac ako 500 jednotlivých laserom rezaných komponentov v mnohých architektúrach vozidiel.
Trojrozmerné stroje na rezanie rúr laserom režú okrúhle, štvorcové, obdĺžnikové a profilované oceľové a hliníkové rúry na presné dĺžky so zložitými koncovými profilmi, zárezmi, sedlovými rezmi a vzormi otvorov v jedinej automatizovanej operácii. Týmto spôsobom sa vyrábajú komponenty podvozku, časti ochranného rámu, rúrky výfukového systému, koľajnice rámu sedadla a komponenty zavesenia. Rezanie rúr laserom nahrádza 3–5 samostatných operácií pílenia, vŕtania a frézovania s jediným kontinuálnym procesom, skrátením doby cyklu a odstránením medzioperačnej manipulácie.
Komponenty nafukovacieho zariadenia airbagu, časti predpínačov bezpečnostných pásov a výstužné nosníky dverí proti vniknutiu sú rezané laserom na prísne tolerancie vyžadované pre systémy životnej bezpečnosti. Bezkontaktná povaha rezania laserom eliminuje riziko mikrotrhlín na hranách, ku ktorým môže dôjsť pri mechanickom dierovaní – čo je kritické kritérium kvality pre komponenty, ktoré musia fungovať spoľahlivo pri nehodách.
Výroba zdravotníckych pomôcok si vyžaduje najprísnejšie tolerancie a najčistejšie rezané povrchy v akomkoľvek odvetví. Implantáty, nástroje a diagnostické zariadenia musia spĺňať prísne regulačné normy a nesmú vytvárať častice alebo tepelne poškodené povrchové vrstvy, ktoré by mohli spôsobiť biologické reakcie. Rezanie laserom – najmä s pulzným vláknom a laserom s ultrakrátkym pulzom – poskytuje presnosť a čistotu, ktorú vyžadujú lekárske aplikácie.
Elektronický priemysel využíva laserové rezanie v každom meradle, od makroúrovňových plechov až po prvky v mikrónovom meradle v polovodičových doštičkách a flexibilných obvodových substrátoch. Bezkontaktná povaha laserového spracovania je obzvlášť cenná v elektronike, kde mechanický kontakt môže spôsobiť statický výboj, kontamináciu časticami alebo poškodenie substrátu.
Dosky s plošnými spojmi (PCB) sú laserom vyrezané z laminátov FR4, aby sa vyrobili presne tvarované dosky s vnútornými výrezmi, štrbinami pre konektory a kontúrovanými obrysmi – bez mechanického namáhania, ktoré rezanie frézou spôsobuje jemným vzorom stôp pri okrajoch dosky. Flexibilné tlačené obvody (FPC) používané v smartfónoch, nositeľných zariadeniach a lekárskych zariadeniach sú vyrezané laserom z polyimidových substrátov s toleranciami ±0,02 mm , umožňujúce husté smerovanie stopy požadované v miniaturizovanej elektronike.
Tajné krájanie pomocou infračervených laserov sústreďuje lúč vo vnútri kremíkového plátku, aby sa vytvorila podpovrchová modifikačná zóna, čo umožňuje štiepenie plátku pozdĺž presných línií bez viditeľnej povrchovej trhliny. Tento proces produkuje nulová šírka zárezu na povrchu plátku, čím sa maximalizuje výťažok z drahého plátkového materiálu a v súčasnosti je to štandardná prax pri výrobe procesorov pre smartfóny, pamäťových čipov a výkonových polovodičov.
Kryty serverov, kryty prístrojov, tienenie EMI a platne rozvádzača tepla sú laserom vyrezané z hliníka, nehrdzavejúcej ocele a medeného plechu so vzormi ventilačných otvorov, výrezmi konektorov a montážnymi štrbinovými poliami, ktoré si vyžaduje balenie elektroniky. Meď - notoricky reflexná a tepelne vodivá, a preto je ťažké ju rezať laserom - sa teraz bežne spracováva vysokovýkonnými vláknovými lasermi pracujúcimi pri vlnových dĺžkach, ktoré materiál absorbuje efektívnejšie.
Všeobecná výroba plechu – zahŕňajúca všetko od priemyselných zariadení a komponentov HVAC až po maloobchodné výstavné svietidlá a architektonické prvky – je aplikačnou doménou, kde malo laserové rezanie najväčší vplyv. Laserové rezanie do značnej miery nahradilo mechanické dierovanie a plazmové rezanie pri práci s plochými plechmi v presných výrobných závodoch po celom svete, pretože ponúka rýchlejšie nastavenie (žiadne zmeny nástrojov), užšie tolerancie, lepšia kvalita hrán a väčšia geometrická flexibilita než akákoľvek alternatíva.
| Metóda rezania | Typická šírka rezu | Tepelne ovplyvnená zóna | Presnosť polohy | Pružnosť materiálu |
|---|---|---|---|---|
| Laserové rezanie | 0,05–0,3 mm | 0,05–0,5 mm | ±0,05–0,1 mm | Veľmi vysoká (kovy nekovy) |
| Plazmové rezanie | 1-3 mm | 1-5 mm | ±0,5–1 mm | Iba kovy |
| Rezanie plameňom / kyslíkom | 2-5 mm | 5-15 mm | ±1–2 mm | Len železné kovy |
| Mechanické dierovanie | Závislý na nástroji | Žiadne (studený proces) | ±0,1–0,2 mm | kovy; vyžaduje nástroje pre každý tvar |
| Rezanie vodným lúčom | 0,5–1,5 mm | žiadne | ±0,1–0,2 mm | Veľmi vysoká, ale pomalšia rýchlosť |
Aplikácie na výrobu plechu zahŕňajú potrubia a difúzory HVAC, priemyselné kryty a ovládacie panely, vybavenie pre stravovanie, ochranné kryty poľnohospodárskych strojov, maloobchodné regálové a zobrazovacie systémy, svietidlá, značenie a architektonické kovové výrobky. Schopnosť rezať akúkoľvek geometriu zo súboru DXF alebo DWG bez toho, aby ste museli vyrábať špeciálne nástroje, robí rezanie laserom preferovaným procesom pre prototypové množstvá aj pre stredne objemové výrobné série.
Laserové rezanie otvorilo úplne nové možnosti dizajnu v architektúre a interiérovom dizajne tým, že komplexné ozdobné kovové výrobky, parametrické fasádne panely, zákazkové zásteny a dekoratívne priečky sú ekonomicky životaschopné v jednorazovom aj výrobnom množstve. Návrhy, ktoré by si vyžadovali stovky hodín ručnej výroby, je teraz možné vystrihnúť priamo z digitálneho súboru dizajnu.
Energetický priemysel – od konvenčnej ropnej a plynárenskej infraštruktúry až po obnoviteľné solárne a veterné inštalácie – vo veľkej miere závisí od laserového rezania pre presné komponenty vnútri systémov premeny energie a oceľové konštrukcie energetickej infraštruktúry.
Pri výrobe solárnych článkov sa laserové rezanie používa na narysovanie a singuláciu tenkovrstvových solárnych článkov na sklenené substráty a na oddelenie kryštalických kremíkových článkov od plátkov. Proces dosahuje kvalitu okrajov buniek, ktorá minimalizuje elektrické mŕtve zóny na okrajoch buniek. 1% zlepšenie kvality separácie buniek sa premieta priamo do 1% zlepšenia účinnosti modulu — významný komerčný prínos v rozsahu solárnej výroby. Rámové profily hliníkového modulu sú tiež rezané laserom na dĺžku s koncovými frézovanými drážkami v laserovej operácii s jednou rúrkou.
Veže veterných turbín sú vyrobené z ťažkých oceľových doskových profilov so zložitými prírubovými profilmi a výrezmi pre prístupové dvierka – všetko rezané laserom na tesné tolerancie potrebné na úplné naliatie zvarového spoja. Odliatky nábojov sú po odliatí rezané laserom a orezané, aby sa dosiahla geometria rozhrania pripevnenia čepele. Vysokovýkonné laserové rezacie systémy s výkonmi presahujúcimi 20 kW teraz rezaný oceľový plech s hrúbkou až 40 mm, čo umožňuje priamu aplikáciu na ťažké konštrukčné komponenty vo veterných turbínach úžitkového rozsahu.
Výstužné podložky dýz, sedlové dosky, prírubové polotovary a komponenty cievky rúr sú laserom vyrezané z uhlíkovej ocele, nehrdzavejúcej ocele a duplexnej zliatinovej dosky pre olejové a plynové tlakové zariadenia. Rozmerová presnosť profilov na prípravu zvaru rezaných laserom zaisťuje správnu geometriu spoja a konzistentné rozmery hrdla zvaru – faktory rozhodujúce pre certifikáciu integrity tlakového zariadenia podľa ASME, EN alebo ekvivalentných noriem.
Rezanie laserom sa neobmedzuje len na kovy. CO2 lasery režú a gravírujú drevo, MDF, preglejku, akryl, kožu, tkaninu a papier s rovnakou presnosťou ako vláknové lasery spracovávajú oceľ – vďaka čomu je laserové rezanie základnou výrobnou technológiou pre nábytok, spotrebný tovar, reklamné produkty a remeselnú výrobu.
Zložité dekoratívne panely, otvory operadla stoličiek, vložky dverí skriniek a stolárske komponenty sú laserom vyrezané z MDF a preglejky v toleranciách ±0,1 mm , umožňujúci tesnú suchú montáž bez lepidla — významná výhoda pri výrobe plochého nábytku. Oceľové a hliníkové nábytkové rámy s komplexnými otvormi a profilmi zárezov sú rezané vláknovými laserovými systémami, čím sa eliminuje potreba špeciálnych dierovacích nástrojov pri krátkych výrobných sériách.
CO2 laserové rezacie systémy režú kožu, syntetickú kožu a tkané a netkané textílie bez rozstrapkania, pretože laserové teplo súčasne utesňuje reznú hranu. Zvršky topánok, panely kabeliek, remienky na hodinky a časti čalúnenia sú vyrezané laserom z digitálne vnorených vzorov, ktoré optimalizujú využitie materiálu – dôležitý nákladový faktor vzhľadom na cenu kvalitnej kože. Rezanie čipiek v textíliách vytvára dekoratívne efekty, ktoré je štrukturálne nemožné dosiahnuť mechanickým vysekávaním.
Akrylový (PMMA) plech je vyrezaný laserom na výrobu maloobchodných vitrín, stojanov na predajné miesta, svetelných nápisov, komponentov trofejí a architektonických modelov. Laser vytvára plameňom leštenú hranu na akryle, ktorá nevyžaduje žiadne následné spracovanie, čím sa výrazne skracuje výrobný čas v porovnaní s hranami rezanými pílou, ktoré vyžadujú leštenie a leštenie.
Trojrozmerné rezanie rúr laserom – pri ktorom CNC riadené rotačné skľučovadlo podáva a otáča časti rúr, zatiaľ čo laserová rezacia hlava spracováva zložité prvky vo všetkých osiach – predstavuje jeden z najvyšších pokrokov v oblasti produktivity v modernej kovovýrobe. Nahrádza viacero sekvenčných obrábacích operácií jediným automatizovaným procesom, ktorý prináša dramatické skrátenie doby cyklu a umožňuje geometrickú zložitosť, ktorá bola predtým nepraktická.
Aplikácie, kde rezanie rúr laserom prináša najväčšiu hodnotu, zahŕňajú:
Spoločnosti špecializujúce sa na zariadenia na spracovanie rúr a automatizačné riešenia – ako napríklad tie, ktoré ponúkajú plne integrované linky na rezanie rúr laserom s automatickým vkladaním, rezaním, triedením a vykladaním – prinášajú efektivitu veľkoobjemovej výroby flexibilitu výroby v dielňach. Gipfel , ako high-tech podnik integrujúci výskum a vývoj, výrobu, predaj a služby v tejto oblasti, vyvíja a vyrába ako rezacie zariadenie, tak aj automatizačné systémy, ktoré ho obklopujú – využívajúc pokročilé CNC obrábacie centrá, portálové obrábacie centrá a vysoko presné testovacie zariadenia na zabezpečenie stability a presnosti produktov vo vlastných výrobných procesoch.
Jednou z definujúcich charakteristík rezania laserom v porovnaní s konkurenčnými technológiami je šírka materiálov, ktoré dokáže efektívne spracovať. Nasledujúca tabuľka sumarizuje typické aplikácie podľa typu materiálu a najbežnejšie používaného zdroja lasera.
| Materiál | Typický rozsah hrúbky | Typ lasera | Reprezentatívne aplikácie |
|---|---|---|---|
| Uhlíková oceľ | 0,5–40 mm | Vláknový laser | Konštrukčné diely, stroje, rámy automobilov |
| Nerezová oceľ | 0,5–25 mm | Vláknový laser (N₂ assist) | Vybavenie potravín, lekárske prístroje, architektonické panely |
| Zliatina hliníka | 0,5–20 mm | Vláknový laser (high power) | Letecké konštrukcie, kryty elektroniky, doprava |
| Meď / mosadz | 0,5–8 mm | Vysokovýkonný vláknový laser | Elektrické konektory, dekoratívne kovanie, výmenníky tepla |
| titán | 0,5–15 mm | Vláknový laser (N₂/Ar assist) | Letectvo, lekárske implantáty, športové vybavenie |
| Akryl (PMMA) | 1-25 mm | CO2 laser | Nápisy, displeje, difúzory osvetlenia |
| Drevo / MDF / Preglejka | 1-30 mm | CO2 laser | Nábytok, interiérové panely, modely, remeslá |
| Látka / Koža | Do 10 mm | CO2 laser | Odevy, obuv, čalúnenie, doplnky |
| CFRP / kompozity | 0,5–10 mm | Pulzné vlákno / CO2 | Letecké panely, športové vybavenie, automobilový priemysel |
| Sklo / Keramika | 0,3–10 mm | CO2/UV laser | Elektronické obrazovky, senzorové substráty, dekoratívne sklá |
Okrem zavedených aplikačných oblastí sa rezanie laserom rozširuje do nových oblastí, pretože výkon lasera sa zvyšuje, nové vlnové dĺžky sa stávajú praktickými a automatizácia znižuje náklady na diel. Niekoľko nových oblastí použitia rýchlo rastie.
Rýchly rast výroby elektrických vozidiel (EV) vyvolal obrovský dopyt po laserovom rezaní pri výrobe batériových článkov a balení. Hliníkové kolektory prúdu, medené anódové substráty a koncové dosky batériových modulov sú rezané laserom na presné rozmery. Jedna batéria EV môže obsahovať viac ako 7 000 jednotlivých laserom vyrezaných komponentov naprieč úrovňami článkov, modulov a balení, vďaka čomu je výroba batérií jedným z najrýchlejšie rastúcich sektorov aplikácií na rezanie laserom na celom svete.
Ultrakrátke pulzné (pikosekundové a femtosekundové) lasery režú tenkovrstvové materiály – vrátane priehľadných vodivých oxidov, flexibilných fotovoltaických filmov a organických LED substrátov – so zanedbateľným tepelným poškodením a presnosťou nižšie 10 mikrometrov . To umožňuje výrobu flexibilných displejov, nositeľných senzorov a tlačenej elektroniky s úrovňami výkonu nedosiahnuteľnými akýmkoľvek iným procesom rezania.
Laserom vyrezané odstraňovanie podpery a oddelenie 3D tlačených kovových častí od konštrukčných dosiek sa čoraz častejšie vykonáva pomocou laserových rezacích systémov integrovaných priamo do buniek aditívnej výroby. Presnosť rezania laserom zaisťuje, že rozhranie medzi dielom a podperou je oddelené čisto bez poškodenia funkčných povrchov súčiastky.
Balistická oceľ a pancierové zliatiny používané v systémoch ochrany vojenských vozidiel vyžadujú laserové rezanie panelov trupu, montážnych konzol a prienikov do trupu. Vysokovýkonné laserové systémy režú Pancierová oceľ s hrúbkou 40–60 mm s kvalitou hrany postačujúcou na priame zváranie, čím sa eliminuje brúsenie a reprofilácia potrebná po plazmovom alebo plameňovom rezaní týchto materiálov.
Rozmanitosť aplikácií laserového rezania znamená, že žiadna konfigurácia stroja nie je optimálna pre každý prípad použitia. Výber správneho riešenia vyžaduje prispôsobenie typu lasera, úrovne výkonu, konfigurácie pohybového systému a úrovne automatizácie špecifickým požiadavkám cieľovej aplikácie.
Ako a vlastný dodávateľ laserového rezania a spoločnosť na rezanie laserom OEM / ODM , Gipfel spája medzinárodné prvotriedne konštrukčné schopnosti, pokročilú automatizovanú výrobnú infraštruktúru a hlboké odborné znalosti v oblasti aplikačného inžinierstva, aby sme mohli poskytovať rezacie riešenia optimalizované pre špecifické požiadavky každého zákazníka na spracovanie – podporujúce štandardné aplikácie aj vysoko prispôsobené riešenia inteligentnej automatizácie v celom rade odvetví opísaných v tomto článku.