A lézerfény lenyűgöző képességgel bír: át tud vágni fémen, műanyagon, fán és még üvegen is. De hogyan lehetséges ez? A válasz a lézersugár egyedülálló tulajdonságaiban rejlik.
A lézerfény nem csupán fénysugár, hanem koherens fénysugár. Ez azt jelenti, hogy a fény fotonjai azonos hullámhosszal és fázissal rendelkeznek, és egy irányba haladnak. Ez a koherencia adja a lézerfény nagy energiasűrűségét, ami lehetővé teszi a vágást.
Amikor a lézersugár egy anyagra fókuszálódik, a fotonok energiája átadódik az anyag atomjainak. Ez a hőmérséklet emelkedéséhez vezet, ami az anyag olvadásához vagy elpárolgásához vezethet. A vágás pontos módja az anyag típusától és a lézer paramétereitől függ.
A lézervágás vágási mechanizmusai
A lézervágás során a fémlemezek vágása három fő mechanizmus révén megy végbe: olvadás, párolgás és szublimáció. A vágási mechanizmus típusa az anyag típusától, a lézer paramétereitől (pl. teljesítmény, hullámhossz, fókuszpont méret) és a vágási körülményektől (pl. segédgáz típusa és áramlási sebessége) függ.
1. Olvadás:
Ez a leggyakoribb vágási mechanizmus, és leginkább vastagabb fémlemezek (pl. acél, rozsdamentes acél) vágására alkalmas. A lézersugár energiája lokálisan felhevíti a fémet az olvadáspont fölé, olvadékfémfürdőt hozva létre. A vágógáz (pl. oxigén, nitrogén) áramoltatása a vágási zónában eltávolítja az olvadékot, és segít megakadályozni a salakképződést. A vágási sebesség a lézer teljesítményétől és a fémlemezek vastagságától függ.
Előnyök:
- Nagy vágási sebesség
- Vastagabb fémlemezek vágására alkalmas
- Viszonylag alacsony költség
Hátrányok:
- Minimális hőhatás övezet (HAZ)
- Salakképződés lehetséges
- Nem minden fémre alkalmazható
2. Párolgás:
A párolgás a vágási mechanizmus, ha a lézer energiája elegendő a fém elpárologtatásához a vágási zónában. Ez a mechanizmus vékonyabb fémlemezek (pl. alumínium, réz) vágására alkalmas, és precízebb vágást eredményez, mint az olvadás. A vágási sebesség a lézer teljesítményétől és a fémlemezek vastagságától függ.
Előnyök:
- Precíz vágás
- Minimális HAZ
- Sima vágási felület
- Kevesebb salakképződés
Hátrányok:
- Alacsonyabb vágási sebesség
- Vékonyabb fémlemezek vágására alkalmas
- Magasabb költség
3. Szublimáció:
Bizonyos anyagok, mint a fa és a műanyagok, lézerrel történő vágáskor közvetlenül szublimálnak, azaz szilárd halmazállapotból gőzzé alakulnak át. Ez a vágási mechanizmus precíz és tiszta vágást eredményez, minimális hőhatással. A vágási sebesség a lézer teljesítményétől és az anyag típusától függ.
Előnyök:
- Precíz és tiszta vágás
- Minimális HAZ
- Nincs salakképződés
Hátrányok:
- Korlátozott anyagválaszték
- Alacsonyabb vágási sebesség
A vágási paraméterek befolyása:
A lézervágás minőségét és hatékonyságát számos paraméter befolyásolja, többek között:
- Lézer teljesítmény: A lézer teljesítménye befolyásolja a vágási sebességet, a vágási mélységet és a vágási minőséget.
- Hullámhossz: A lézer hullámhossza befolyásolja az anyaggal való kölcsönhatást és a vágási hatékonyságot.
- Fókuszpont méret: A fókuszpont méret befolyásolja a vágási rés szélességét és a hőhatás övezetet.
- Vágási sebesség: A vágási sebesség befolyásolja a vágási minőséget és a vágási költségeket.
- Segédgáz típusa és áramlási sebessége: A segédgáz típusa és áramlási sebessége befolyásolja az olvadék eltávolítását, a vágási minőséget és a vágási költségeket.
A lézervágás paramétereinek optimalizálása az adott anyaghoz és a kívánt vágási minőséghez szükséges.
Összefoglalva
A lézersugár hőmérséklet emelkedéssel vág: vastagabb fémet olvasztva (olvadás), vékonyabbat elpárologtatva (párolgás), műanyagot pedig szublimálva. A vágási mód az anyagtól és a lézer beállítástól függ. A lézervágás precíz, sokoldalú és automatizálható eljárás, mely számos iparágban elengedhetetlen.
Források:
https://mellowpine.com/laser/co2-laser-cutters-how-do-they-work/
https://engineeringproductdesign.com/knowledge-base/laser-cutting/
