Laserleikkaus Filip Norrgård

1. LaserleikkausFilip Norrgård

2. Laserleikkaus • Eniten käytetty lasertyöstösovellus teollisuudessa • Terminen prosessi, jossa materiaali höyrystyy ja sulaa fokusoidun lasersäteen ansiosta • Polttopiste 0,1– 0,5 mm • Teho yli 105 W/mm2 • Suuri energiatiheys ansiosta muodostuu höyrystyneen materiaalin reikä joka puhalletaan pois • Etäisyys suuttimen ja materiaalin välillä 0,5 – 1,5 mm Vaasan yliopisto | Teknillinen tiedekunta | Lasertyöstö

3. Pääedut • Muodon, materiaalin ja leikattavien osien lukumäärä on vapaa • Ei tarvita erilaisia työkaluja • Vapaus tuotesuunnittelijoille muodon suhteen • Leikkauksen suuri nopeus mahdollistaa hyvä tuottavuus ja saatavuus • Osien tarkka valmistus ja hyvä laatu • Ei vaadi jälkityöstöä • Leikkaus voidaan tehdä 1D, 2D ja 3D Vaasan yliopisto | Teknillinen tiedekunta | Lasertyöstö

4. Laserleikkausprosessit • Polttoleikkaus • Sulattava laserleikkaus • Höyrystävä laserleikkaus Vaasan yliopisto | Teknillinen tiedekunta | Lasertyöstö

5. Polttoleikkaus • Laser-happileikkaus • Hapen ja laserin välillä syntyvä exoterminen reaktio tehostaa leikkausta • Materiaalina yleensä teräs • Tehostaa joissakin tapauksissa n.e. leikkausnopeus suurenee Vaasan yliopisto | Teknillinen tiedekunta | Lasertyöstö

6. Sulattava laserleikkaus • Railon etureuna sulatetaan lasersäteellä • Sula puhalletaan pois korkeapaineisella kaasuvirtauksella • RST, alumiineja, titaaneja, polymeerejä • Reunat ei yleensä hapetu; käytetään inertti leikkauskaasu • Titaania leikattaessa käytetään argon, typpi voi reagoida muodostaen kovia titaaninitridikerroksia Vaasan yliopisto | Teknillinen tiedekunta | Lasertyöstö

7. Höyrystävä laserleikkaus • Leikkaus tapahtuu materiaalia höyrystämällä • Akryyli, kertamuovit, kumi, puu, paperi, kartonki, nahka, jotkut keraamit, jotkut kestomuovit • Kaasuvirtausta käytetään puhaltamaan syntynyt höyry pois railosta Vaasan yliopisto | Teknillinen tiedekunta | Lasertyöstö

8. Yhdistelmäprosessit • Ohuen levyn leikkaus interillä kaasulla ja isolla teholla • Osin höyrystävää, osin sulattavaa Vaasan yliopisto | Teknillinen tiedekunta | Lasertyöstö

9. Laserleikkauksen parametrit • Materiaaliparametrit: • Fysikaaliset • Optiset • Laserparametrit: • Aallonpituus • Teho • Moodi • Säteenlaatu • Polarisaatio • Raakasäteen halkaisija • Pulssin kesto • Taajuus Vaasan yliopisto | Teknillinen tiedekunta | Lasertyöstö

10. Laserleikkauksen parametrit • Prosessiparametrit: • Leikkausnopeus • Polttopisteen paikka • Polttoväli • Kaasulaji • Kaasun paine • Suutinreiän halkiaijsija • Suuttimen muoto • Suuttimen etäisyys Vaasan yliopisto | Teknillinen tiedekunta | Lasertyöstö

11. Tehon pulssitus • Jos lämmöntuonti on kriittinen tai materiaali on vaurioitumisherkkä on laserenergian tuonti minimoitava • Pulssitus on laserin tehon muuttamista ajan funktiona • Tarkkausleikkaus tehdään pulssitetulla laserilla • Yleensä ND:YAG-laserilla • Myös CO2-laserilla • Nd:YAG-laserilla saadaan suurempi tehotiheys kuin jatkuvalla teholla • Pulssitus parantaa laatua jyrkissä geometrioissa ja voimakkaasti heijastavien materiaalien työstäminen Vaasan yliopisto | Teknillinen tiedekunta | Lasertyöstö

12. Aallonpituus • Nd:YAG-laserin absorptio metalleissa on huomautettavasti parempi kuin CO2-laserin • CO2-laseri on kuitenkin parempi paksuilla materiaaleilla • Nd:YAG on kannattavampaa tarkkuustyöstössä ja 3D-leikkauksessa • CO2-laseri on ylivoimainen useiden ei-metallisten materiaalien leikkauksessa Vaasan yliopisto | Teknillinen tiedekunta | Lasertyöstö

13. Materiaalien laserleikattavuus • Leikattavuuteen vaikuttaa materiaalin • Optiset ominaisuudet • Absorptio • Heijastavuus • Läpäisevyys • Termiset ominaisuudet • Ominaislämpötilakapasiteetti • Sulamislämpötila • Höyrystymislämpötila • Lämmönjohtavuus • CO2-laseri on monipuolisin; voi leikata lähes kaikkia olevia materiaalia, erityisesti kaikki orgaaniset materiaalit • Kidelaserit käytetään jos CO2-laseri ei sovi materiaalin heijastavuuden takia Vaasan yliopisto | Teknillinen tiedekunta | Lasertyöstö

14. Leikkauskaasu • Leikkauskaasun tehtävät ovat: • Sulan poisto railosta • Fokusointioptiikan suojaus roiskeelta • Sulan suojaus hapettumiselta • Leikattaessa hapettumiselle herkkiä materiaalia • Eksotermisen prosessin käynnistäminen ja ylläpito • Tyypillisesti käytetyt kaasut: • Reaktiivisia • Ilma • Happi • Interttejä • Typpi • Argon (tai argon/helium) Kuva: http://info.tuwien.ac.at/iflt/safety/misc/ba_3_3.htm Vaasan yliopisto | Teknillinen tiedekunta | Lasertyöstö

15. Leikkauslaserit • Suurin osa leikkauslasereista ovat CO2-lasereita • Teho välillä 0,5-5,0 kW • Yli 5 kW laserilla leikataan hyvin paksuja materiaaleja • Nd:YAG-laser on yleistymässä koska sen sädettä voidaan ohjata käyttäen optisia kuituja • Alle 100 W:n keskiteho • Käytetään paljon 3D-leikkauksessa • Käyttää robotit esim. autoteollisuudessa Vaasan yliopisto | Teknillinen tiedekunta | Lasertyöstö

16. Laser- ja vesisuihkuleikkauksen yhdistäminen • Vesisuihkulaserissa lasersäde fokusoidaan vesisuihkun sisälle • Nd:YAG-laserin aallonpituus soveltuu tähän parhaiten • Kokonaisheijastus veden ja ilman rajapinnasta • Joten, vesi • ohjaa sädettä • jäähdyttää kappaletta • ja poistaa materiaalia railosta • Vesisuihkulaser on sangen uusi • Vesisuihkulaserin etuja: • Pieni lämmöntuonti • Kapea railo • Pieni lämpövyöhyke • Erittäin hyvä tarkkuus Vaasan yliopisto | Teknillinen tiedekunta | Lasertyöstö

17. Pizzan laserleikkaus = tulevaisuuden pizzaveitsi? http://www.collegehumor.com/video:1789088 Vaasan yliopisto | Teknillinen tiedekunta | Lasertyöstö