Laserowe cięcie metalu to proces łączący w sobie zaawansowaną technologię optyczną oraz precyzyjną mechanikę maszynową. Dzięki niemu możliwe jest uzyskiwanie skomplikowanych kształtów o bardzo wysokiej jakości krawędzi. W artykule omówiono zasady działania lasera do cięcia metalu, rodzaje wykorzystywanych urządzeń, kluczowe parametry procesu, a także aspekty bezpieczeństwa oraz konserwacji.
Podstawy działania lasera do cięcia metalu
Istotą procesu jest skupienie wiązki laserowej o dużej mocy na powierzchni materiału, co powoduje jego lokalne nagrzanie, stopienie lub odparowanie. Dzięki wysokiej precyzji oraz możliwości regulacji parametrów takich jak moc, prędkość skanowania czy natężenie wiatru gazu asystującego, cięcie laserowe zapewnia minimalną strefę wpływu ciepła (HAZ) i gładkie krawędzie.
- Wiązka laserowa jest generowana w rezonatorze i kierowana do głowicy tnącej za pomocą układu luster lub światłowodu.
- W głowicy następuje fokusowanie promienia poprzez zaawansowane soczewki.
- Gaz asystujący (np. tlen, azot) wydmuchiwany na strefę cięcia przyspiesza usuwanie stopionego metalu.
Rodzaje laserów wykorzystywane w cięciu metalu
Laser CO2
Jedna z najstarszych technologii, w której rezonator wypełniony jest mieszanką gazów (CO2, azot, hel). Charakteryzuje się długością fali ok. 10,6 µm. Doskonale sprawdza się przy cięciu stali węglowej i nierdzewnej, aluminium, miedzi i stopów miedzi.
Laser włóknowy
Źródło optyczne oparte na wzmacniaczach światłowodowych. Promień o długości fali 1,06 µm zapewnia wyższą absorpcję w metalu, co przekłada się na mniejszy pobór energii i szybsze cięcie. Laser włóknowy cechuje dłuższa żywotność i mniejsze koszty eksploatacji.
Laser neodymowy (Nd:YAG i Nd:YVO4)
Rezonator krystaliczny wykorzystywany głównie do cięć o dużej precyzji i w technologii mikromontażu. Fala 1,064 µm pozwala na obróbkę bardzo cienkich blach i detali o skomplikowanych kształtach.
Parametry procesów cięcia laserem
Dobór mocy i prędkości
Kluczowe parametry to moc wiązki (zazwyczaj od 500 W do kilkudziesięciu kW) oraz prędkość przesuwu głowicy. Zbyt wysoka prędkość może prowadzić do niedogrzania i niedocięcia materiału, natomiast zbyt niska – do rozszerzenia strefy wpływu ciepła i deformacji.
Gaz asystujący
- Oksygen – wspomaga spalanie metalu, przyspiesza cięcie stali węglowej, ale powoduje utlenianie krawędzi.
- Azot – zapobiega utlenianiu, zalecany przy obróbce aluminium i stali nierdzewnej.
- Argon – stosowany w cięciach specjalistycznych, gdy niezbędna jest absolutna czystość krawędzi.
Skupienie wiązki (fokus)
Parametr określający, jak wąska jest punktowa średnica wiązki na powierzchni materiału. Mały fokus pozwala na cięcie cienkich detali z dużą precyzją, natomiast większe ognisko bywa wykorzystywane przy grubych blachach w celu zwiększenia głębokości penetracji.
Zastosowania przemysłowe
Laserowe cięcie metalu znalazło zastosowanie w wielu branżach:
- Motoryzacja – produkcja elementów nadwozia, części podwozia i detali precyzyjnych.
- Przemysł lotniczy – wytwarzanie lekkich części z stopów tytanu i aluminium.
- Elektronika – obróbka cienkich blaszek i folii metalowych, produkcja osłon i obudów.
- Meble metalowe – precyzyjne wzory dekoracyjne, ażurowe panele.
- Energetyka – cięcie elementów generatorów i turbin.
Dzięki automatyzacji CNC, maszyny do cięcia laserowego umożliwiają seryjną produkcję z zachowaniem stałej jakości i powtarzalności.
Bezpieczeństwo i obsługa maszyn
Praca z laserem klasy 4 wymaga stosowania się do rygorystycznych wytycznych:
- Ochrona wzroku – okulary z filtrem dopasowanym do długości fali lasera.
- Systemy osłon – obudowy chroniące przed rozproszonym promieniowaniem.
- Detektory dymu i czujniki gazów – monitorowanie jakości powietrza w hali.
- Regularne szkolenia operatorów – znajomość procedur awaryjnych i konserwacyjnych.
Konserwacja i serwis
Aby zachować optymalną wydajność urządzenia, konieczne są regularne działania serwisowe:
- Czyszczenie i kalibracja układu optycznego – zapobieganie nagromadzeniu pyłu i odprysków metalu.
- Kontrola stanu soczewek i luster – weryfikacja uszkodzeń mechnicznych i zanieczyszczeń.
- Wymiana gazów roboczych – utrzymanie właściwego ciśnienia i czystości mediów.
- Aktualizacje oprogramowania sterującego CNC – poprawa algorytmów cięcia i optymalizacja trajektorii.
Regularna konserwacja przedłuża żywotność lasera, minimalizuje przestoje produkcyjne i obniża koszty eksploatacji.
