Tăierea cu laser

Student: Țiboacă Marius Eugen

Grupa: 2101A

Ce este un laser?

La origine termenul laser este acronimul LASER format în limba engleză de la denumirea light amplification by stimulated emission of radiation (amplificare a luminii prin stimularea emisiunii radiației), denumire construită pe modelul termenului maser care înseamnă un dispozitiv similar, funcționând în domeniul microundelor.

Laserul este un dispozitiv optic care generează un fascicul coerent de lumină. Fasciculele laser au mai multe proprietăți care le diferențiază de lumina incoerentă produsă de exemplu de Soare sau de becul cu incandescență:

• monocromaticitate — un spectru în general foarte îngust de lungimi de undă;

• direcționalitate — proprietatea de a se propaga pe distanțe mari cu o divergență foarte mică și, ca urmare, capacitatea de a fi focalizate pe o arie foarte mică;

• intensitate — unele lasere sunt suficient de puternice pentru a fi folosite la tăierea metalelor.

Surse de raze laser1. Laserul pentru corpuri solide:

• Laserul cu rubin (cristal Al2O3 impurificat cu Cr) care generează radiații coerente;

• Laserul cu sticlă dopată cu neodim (Nd);

• Laserul cu granați dopați cu neodim (Nd-YAG) .

2. Laserul cu diode:

Avantaje: grad mare de eficiență și dimensiune compactă

Dezavantaj: calitatea fascicolului de raze este nesatisfăcătoare

Folosit pentru: lipiri, tratamente de suprafață, suduri prin topire

3. Laserul cu gaz: în industrie se utilizează aproape în exclusivitate laserul cu CO2.

Folosit pentru: tăierea cu laser

4. Laserul excimer: este un laser gaz pulsatoriu cu o lungime a undei de emisii în ultraviolete

Clasificarea instalațiilor de prelucrare cu laser

Lasere cu mediu activ solid dielectric:

În majoritatea lor au ca mediu activ ionii dispersaţi în concentraţie foarte mică într-o reţea cristalină pură sau sunt încorporaţi în sticlă sau material plastic. Reprezentativi în această categorie sunt laserul cu neodin (Nd), laserul cu granaţi dopaţi cu neodin de tip optic (Nd:YAG).

Caracteristici: au randament scăzut şi funcţionează în regim de impulsuri, datorită încălzirii puternice a mediului.

Lasere cu mediu activ lichide:

Utilizează în marea lor majoritate ca mediu activ coloranţi organici. Reprezentativi în această categorie sunt laserele cu pyrolină, radomină, tripoflaviu, dizolvate în alcool, glicerină sau acid sulfuric şi apă.

Aceste lasere folosesc un pompaj optic şi au frecvenţă de lucru ce poate fi variată, randament ridicat, coerenţa şi eficienţa emisiei fiind comparabile cu a laserelor cu mediul activ solid.

Lasere cu mediu activ gazos:

Cele mai reprezentative sunt laserele cu argon ionizat, cu heliu-cadmiu, cu heliu-neon și cu dioxid de carbon (CO2). Aceste lasere pot funcționa în regim continuu și în impulsuri, au un randament superior laserelor cu mediu activ solid şi o puritate spectrală bună.

Construcția laserului cu mediu activ gazos

1- Oglindă cu reflexie totală;

2- Electrozi;

3- Oglindă cu reflexie parţială;

4- Radiație laser;

5- Pompă de absorbţie;

6- Rotopompă;

7- Unitate de răcire;

8- Mixer gaze;

9- Butelii de gaze;

10- Sursă de curent.

Lasere cu semiconductori:

Laserul cu semiconductori este constituit ca și celelalte tipuri de laser tot pe sablonul mediu activ, sistem de excitare, rezonator optic.

În acest caz un amestec semiconductor este folosit ca mediu activ. Cel mai adesea se folosesc combinații de metale din aceleași perioade ale grupelor a III-a și a V-a. Dintre acestea semiconductorul cel mai folosit este cel format din Galiu și Arsenic (GaAs).

Lasere chimice:

Laserele chimice sunt laserele la care efectul laser se produce direct printr-o reacţie chimică a unor gaze care intră în amestec.

Excitarea cu energie exterioară are rolul numai de a declanşa reacţia chimică. În ceea ce priveşte distribuţia temporară a fascicolului laser se disting următoarele situaţii:

Cazul funcţionării în regim continuu (lasere cu gaz, lasere Nd-YAG, lasere cu semiconductori);

Cazul funcţionării în regim pulsat (în general laseri cu mediu activ solid).

Sisteme de prelucrare cu laser

1. - sistemul cu piesa mobilă: piesa de ștanțare s-a înlocuit cu un fascicul laser.

2. - sistemul hibrid: tabla se află pe o masă, care vine prelucrată pe direcţia X. Pe direcţia Y- capul de tăiere se îndreaptă spre fascicolul laser.

3. - sistemul cu optica în zbor: piesa este staţionară, iar fascicolul laser se deplasează pe piesă pe direcţia X şi Y.

4. - sistemul cu schimbare al mesei: în timpul procesului de tăiere poate fi încărcată instalaţia cu o nouă tablă. Îndată ce programul de tăiere s-a încheiat, urmează schimbarea automată a mesei şi procesul de tăiere se continuă conform noului plan de tăiere.

5. - sistemul cu laser deplasabil: piesa este fixă, iar laserul este cel care se deplasează.

6. - sistemul combinat: se combină o instalaţie de ştanţare cu o instalaţie de tăiere cu laser.

Mașina de prelucrare cu laser TruLaser 3030

Maşina de debitat tablă, TRUMPF TruLaser 3030 este o instalaţie de debitare cu laser CNC (computer numerical control = control numeric computerizat) , indicată pentru prelucrarea componentelor plane.

Scula de debitare propriu-zisă este fasciculul laser, ghidat prin intermediul oglinzilor către capul de debitare. Oglinda şi capul de debitare sunt amplasate pe componente mobile, maşina lucrează deci cu un dispozitiv optic mobil menit să ghideze raza laser ce se formează în rezonatorul laser.

Maşina este echipată standard cu un sistem de schimbare a paleţilor. Sistemul de schimbare a paleţilor înlocuieşte automat paletul cu piesa prelucrată cu un palet cu o piesă neprelucrată.

Are 4 axe după care se deplasează:

1. axa X: axa orizontală de mişcare a capului de tăiere;

2. axa Y: axa orizontală de mişcare a capului de tăiere;

3. axa Z: axa verticală de mişcare a capului de tăiere;

4. axa W: axa orizontală de mişcare a meselor de tăiere (la schimbarea lor).

Caracteristicile mașinii TRUMPF TruLaser 3030:

Avantaje:

• contururi complexe executate cu ușurință pe calculator;

• program de optimizare a planului de croire pentru economisirea materialului;

• toleranțe de execuție: +/- 0,1 [mm];

• posibilitatea gravării / inscripționării pieselor;

• viteză de lucru sporită;

• rugozitate de excepție, piesele nemaiavând nevoie de prelucrare ulterioară.

Grosimea maximă a tablelor ce se pot prelucra:

Mașina de prelucrare cu laser TRUMPF TruLaser 3030

• oțel: 25 mm;

• inox: 20 mm;

• aluminiu: 12 mm.

Dimensiunile maxime ale foii de tablă sunt:

• 4000 x 2000 [mm]

• 3000 x 1500 [mm]