Fiber lazer kesish mashinasi qanday ishlaydi?

Lazer nuri hosil qilish va optik tolada kuchaytirish

Tolali lazer nurni qanday hosil qiladi va yo'naltiradi

Tolali lazerli kesuvchilar elektr energiyasini yorug'lik nuriga aylantirish uchun maxsus nasos lazerlaridan foydalanadi. Bu yorug'lik, ko'pincha itterbiy bilan legirovlangan optik toladan o'tadi. Yorug'lik zarralari (fotonlar) tolaning asosiy qismidagi shoshilinch elektronlar bilan uchrashganda qiziq hodisa sodir bo'ladi. Ushbu o'zaro ta'sir har bir fotonning zanjir reaktsiyasi sifatida yanada ko'proq fotonlarni hosil qiladigan stimulyatsiya emissiyasini keltirib chiqaradi. Bu jarayon yorug'likni juda kuchaytiradi, ba'zan 1000 marta yoki undan ham ko'proq yorqinroq bo'ladi, lekin nurlanishni doim diqqat markazida va bir xil saqlaydi. Natijada, ushbu ekstremal intensivlikda ham aniqni saqlab turadigan kuchli kesuvchi vosita hosil bo'ladi.

Nasos Lazerli Diodlar va Yorug'lik Hosil Qilish

Zamonaviy tizimlar chiqish natijasini birlashtiradi 11–20 nasosli diod sanoat quvvati darajasiga yetkazish uchun birlashtirilgan yagona tolali kanalga 1–10 kW. Ushbu diodli massivlar CO l azerlari (laser-welder.net) ga qaraganda uch marta ko'proq bo'lgan 45–50% li tomonlama samaradorlikka erishadi, bu ularni uzluksiz ishlash uchun juda energiya samarador qiladi.

Optik tolalar tuzilishi: Yadro va qobiq

Ikki qavatli tolali dizayn yorug'likni samarali uzatish imkonini beradi:

• Yadro (8–50 µm diametr): Kuchaytirilgan lazer nuri o'tkazuvchi
• Tashqi to'qimlar: Yadroni o'rab turib, tarqoq fotonlarni umumiy ichki aks etish orqali aks ettiradi
  Bu konfiguratsiya signal yo'qotishni 0,1 dB/km dan kamroq qilib kamaytiradi va 100 metrdan ortiq masofaga barqaror nur yetkazib berish imkonini beradi.

Nur kuchaytirish uchun tolali Bragg panjaralari

Oyna singari tolqin Bragg panjara aralashgan tolaning har bir uchiga yozilgan optik rezonansli polost quyidagilarni amalga oshiradi:

1. Tor to'lqin uzunligi diapazonini tanlaydi (1,070 nm ±3 nm)
2. Quvvat zichligini 10–10 Vt/sm² gacha oshiradi
3. Nur ajralishini 0,5 mrad dan kamroq qilib cheklaydi

Bu aniq kuchaytirish tolali lazerlarga 30 mm lik po'latni ikki soniyadan kamroq vaqt ichida ±0,05 mm aniqlikda kesish imkonini beradi.

Tolali lazerli kesish mashinasining asosiy komponentlari

Zamonaviy tolali lazerli kesish mashinalari metall ishlab chiqarishda mikron darajadagi aniqlikni ta'minlash uchun to'rtta asosiy tizimni birlashtiradi:

Tolali lazer manbai va nurlanish hosil qiluvchi blok

Ushbu tizimning asosiy komponenti odatda itterbiy yoki erbiy materiallarni o'z ichiga olgan noyob yer elementlari aralashgan tolaga asoslanadi. Ular rag'batlantirilganda, bu tolalar taxminan 1060 dan 1070 nanometrgacha bo'lgan to'lqin uzunligi diapazonida ishlaydigan kogerent lazer nurini chiqaradi. Bu an'anaviy gazli lazerlardan farqli ravishda ishlaydi. Katta hajmli gaz kameralariga tayanmasdan, qattiq jismli dizayn yorug'likni moslashuvchan optik tolalar orqali uzatadi. Bu nafaqat ancha maydaroq o'rnatish imkonini beradi, balki o'ttiz yildan buyon mavjud bo'lgan eski CO2 lazer tizimlariga nisbatan taxminan 30% yaxshiroq energiya samaradorligini ta'minlaydi.

Lazer Kesish Boshqotarmasi, Fokuslashtiruvchi Linzalar va Nozzel Tizimi

Kesish boshqotarmasida 0.1 mm dan ham maydaroq o'lchamga ega bo'lgan lazer nuriyini fokuslaydigan juda sof eritilgan kvartsdan tayyorlangan maxsus linzalar mavjud. Shuningdek, azot (taxminan 99,95% sof bo'lishi kerak) kabi yordamchi gazlarni 15 dan 20 bar gacha bo'lgan bosimda puflovchi ko'aksial nozzl tizimi ham mavjud. Bu suyuq holatdagi materiallarni tashqariga chiqarishga yordam beradi va kesish hududidan kislorodni uzoqlantirib, hammaga yoqqan toza chetlarni olish imkonini beradi. Operatorlar aslida bu sozlamani qanday turdagi material bilan ishlaganlariga qarab gaz bosimini sozlash orqali eng yaxshi natijaga erishishadi.

CNC Tizimlarining Aniq Boshqaruv va Avtomatlashtirishdagi O'rn

CNC tizimlari asosan shu CAD dizaynlarini olib, ularni haqiqiy harakat yo'nalishlariga aylantiradi va taxminan 0,03 mm ichida takrorlanishni ta'minlaydi. Ushbu ilg'or mashinalardagi nazoratchilar doim laserning quvvati (500 vatt dan 30 kilovattgacha o'zgaruvchi), kesish boshining tezligi (ba'zida daqiqasiga 200 metrgacha tez) va murakkab besh o'qli harakatlarning davomida gaz bosimini sozlash kabi jihatlarni o'zgartirib turadi. Bu deyarli hech qanday qo'lda aralashish talab qilmasdan juda nozik shakllarni yaratish imkonini beradi. Ajoyib jihat shundaki, materialning katta varag'lari bilan ishlashda ham ushbu tizimlar kvadrat metr uchun 0,05 mm gina me'yorida sirt tekisliligini saqlay oladi. Yuqori sifatli qismlarni ishlab chiqarishda aynan shu xil bir tekislik katta farq yaratadi.

Sovutish Tizimlari va Mashina Ramasining Barqarorligi

Aniqlik termal barqarorlikni talab qiladi: suvli sovutgichlar lazerli diodlarni 25°C±2°C ichida saqlaydi va uzoq muddat ishlash davomida samaradorlik o'zgarishini oldini oladi. Mashina ramkasi, ko'pincha granit asoslar va chiziqli yo'nalishlar bilan yig'ilgan bo'lib, tebranishlarni 5 µm dan kamroq darajada so'ndiradi va 1500 mm/soniyadan yuqori kesish tezligida doimiy kesishni ta'minlaydi.

Komponent	Funktsiya	Ishlash me'yori
Lazer manbasi	Yuqori intensivlikdagi nurni yaratadi	98% devor-ukladka samaradorligi
Kesim sarvori	Nurni fokuslaydi va gaz oqimini boshqaradi	0.08 mm fokus nuqtasi diametri
CNC boshqaruvi	Kesish namunalarini amalga oshiradi	0.01° aylanish aniqligi
Termal stabilizator	Ishlab turgan haroratlarni saqlaydi	±0.5°C noaniqlik

Ushbu integratsiyalangan arxitektura keng 3×2 metr ish maydonida 0,1 mm/m pozitsionlash aniqligini saqlab, 40 mm gacha bo'lgan metallarni aniq bug'latishni qo'llab-quvvatlaydi.

Metallni qaytarish va bug'latish mexanizmi

Tulki l lazrlar ishlayotgan materialga ko'p issiqlik uzatadigan 1,070 nm to'lqin uzunligidagi infratizil nur hosil qiladi. Bu nurlar metallarga tushganda, metall tuzilmasidagi elektronlar tomonidan so'rilib olinadi va harorat aksariyat po'latlarning chidasa oladigan darajasidan ancha yuqori (odatda 1400 dan 1650 gradusgacha) ko'tariladi. Haroratning tez oshishi materialni kesish uchun erish va bug'lanish effektlariga olib keladi, natijada biz kerf deb ataydigan bo'shliq hosil bo'ladi. Taxminan 6 mm gacha qalinlikdagi ingichka varaqalarda, laser nuri to'g'ridan-to'g'ri material orqali o'tib, metallarni darhol bug'ga aylantiradigan "kalit teshigi" rejimida ishlaydi. Biroq, qalinroq materiallar uchun ishlab chiqaruvchilar odatda kesish jarayonida necha material olib tashlanishini boshqarish uchun doimiy to'lqinli ishlashdan foydalangan holda eritish-va-pichqirish usuliga o'tadi.

Yordamchi gazlarning roli: Kislorod, Azot va Sujitilgan havo

Yordamchi gazlar erigan materialni chiqarish, issiqlik ta'sir qilgan zona (HAZ) ni sovutish va oksidlanishni boshqarish orqali kesish sifatini va tezligini oshiradi.

Gaz turi	Kesish Jarayoniga Ta'siri	Eng yaxshi
Kislorod	Ekzotermik reaksiya issiqlik qo'shadi va tezlikni 30% gacha oshiradi	Yengil po'lat >3mm
Azot	Inert himoya oksidlanishni oldini oladi va burrsiz chegaralarni beradi	QAYCHI OQIMLI, aluminiy
Siqilgan havo	Noyob bo'lmagan dasturlar uchun iqtisodiy echim	Ingichka varaq metallar (<2mm)

The Fabricator jurnalining 2024-yilgi sanoat tahlili ma'lumotlariga ko'ra, gaz bosimi (1–20 bar) kesish sifatiga sezilarli ta'sir qiladi — yuqori bosim shlakni chiqarishni yaxshilaydi, lekin turblanishni keltirib chiqarishi mumkin. Zamonaviy sozlamalar optimal natijalar olish uchun ±2% bosim barqarorligini saqlash uchun CNC boshqariladigan proporsional valve'lardan foydalanadi.

Toza Kesishda Nozzl Funksiyasi va Gaz Jet Dinamikasi

Konussimon nozzl (0.8–3.0 mm diametr) assistiv gazni supertovush tezlikdagi (Mach 1.2–2.4) jetga aylantiradi, bu esa erigan metallarni kerfdan samarali olib tashlaydi. Muhim omillarga quyidagilar kiradi:

• Masofa : Nozilni himoya qilish va samarali gaz bilan qoplashni ta'minlash uchun 0,5–1,5 mm bo'shliq mavjud
• Gaz linzasi dizayni : Oddiy nozillarga qaraganda oqim turbulensiyasini 62% ga kamaytiradi
• O'q bo'ylab tekislash : Nurlanish va gaz oqimi o'rtasida <0,05 mm tekislash talab etiladi

Takomillashtirilgan nozil dizaynlari laminar oqimni yaxshilash orqali kesish tezligini 18% ga oshiradi va gaz iste'molini 22% ga kamaytiradi. Birlashtirilgan piyoelektrik sensorlar bog'lanishlarni 50 ms ichida aniqlaydi va bog'liq defektlarning taxminan 93% ini oldini oladi.

Nur fokuslanishi, aniq boshqaruv va sifat kafolati

Kollimatorli va fokuslovchi linzalar yordamida lazer nuri fokuslanishi

Kollimator linsalar tarqoq yorug'lik nurlarini olib, ularni maqsadga yetishidan oldin parallelga yaqinroq tartibga keltiradi. Yuqori aniqlikli aralashtirilgan kvarts optikasi bu tekislashgan nurini 0,1 dan 0,3 mm gacha bo'lgan maydali nuqtaga jamlash imkonini beradi. InTechOpen tadqiqotlari BPP (nur parametrlari mahsuloti) kabi nur sifati me'yorlarida 2 mm·mrad dan kam bo'lgan har qanday narsa kesish aniqligida haqiqiy farq hosil qilishini ta'kidlaydi. Natija? Oddiy CO₂ lazer tizimlari bilan erishish mumkin bo'lganiga qaraganda nerjyak kesish taxminan 30% torroq bo'lishi mumkin. Bu har bir millimetrning kasr qismi ahamiyatli bo'lgan ishlab chiqarishda katta ahamiyatga ega.

Nozzlani sozlash va fokus nuqtasini optimallashtirish

Nozil uchi va fokal tekislik orasidagi ±0.05 mm masofani saqlash nurlanishni to'smasdan samarali suyuq materialni chiqarishini ta'minlaydi. Sig'imiy balandlik sensorlari kesish jarayonida haqiqiy vaqt rejimida avtomatik kalibrlash imkonini beradi. 2023-yildagi payvandlash sinovlariga ko'ra, alyuminiy qayta ishlov berishda 0.1 mm dan ortiq chetlanish dross hosil bo'lishini 60% ga oshirishi mumkin.

CNC Tizimlari orqali Haqiqiy Vaqtda Nazorat va Muvofiqlik Boshqaruvi

Zamonaviy CNC tizimlari ishlash davrida har soniyada taxminan 1000 ta ma'lumot nuqtasini yig'adi. Ushbu o'qishlar gazning xatti-harakatidan, issiqlik linzalarga qanday ta'sir qilishiga va mashinaning istalgan paytda aniq qayerda ekanligiga qadar hamma narsani qamrab oladi. Barcha ushbu ma'lumotlarga asoslanib, tizim millisekund ichida 1 dan 20 kilovatchgacha bo'lgan lazer quvvati sozlamalarini va daqiqada 0,1 metrdan 40 metrgacha tezlikdagi harakat tezligini sozlashingiz mumkin. Natijada murakkab shakllar va batafsil dizaynlarda ham ijobiy yoki salbiy 0,1 millimetrdan oshmaydigan aniqlik bilan kesish amalga oshiriladi. O'zgaruvchan chastotali impulslarni modulyatsiya qilishni misol sifatida keltirishimiz mumkin. 5 mm qalinlikdagi qorich varaqni kesishda ushbu usul an'anaviy usullarga nisbatan issiqlik ta'siridagi zonani deyarli yarmiga qisqartirib beradi va aynan shu sababli ham ajoyib aniqlik talab etiladigan ishlarda ayniqsa muhim rol o'ynaydi.

Bashorat qiluvchi parametrlarni sozlash va sifatni nazorat qilish uchun sun'iy intellekt integratsiyasi

10 000 dan ortiq kesish profiliga o'rgatilgan mashina o'qish modellari endi yangi materiallar uchun ideal sozlamalarni 92% aniqlik bilan bashorat qiladi. Yuqori aniqlikdagi ko'rish tizimlari (5-μm aniqlik) spektral tahlil bilan birlashtirilganda, avtomobil ishlab chiqarishda qo'lda tekshirishga qaraganda mikro nuqsonlarni 50% tezroq aniqlaydi va chiqindi darajasini 18% ga kamaytiradi (2024-yil Aniq Mashinasozlik Hisoboti).

Materiallar bilan moslik va sanoatdagi qo'llanilishi

Fiber lazer kesish uchun mos metallar: Korrozion chidamli po'lat, Alyuminiy, Latun

Taxminan 1 mikron atrofida ishlaydigan tolali lazerlar, shunday o'lchamli po'lat, aluminiy va qalay kabi yorqin metallarga juda yaxshi ta'sir qiladi. 2024-yilda o'tkazilgan so'nggi sinovlar shuni ko'rsatdiki, ushbu lazer tizimlari o'lchov aniqligini taxminan bir millimetrdan beshga yetkazmasdan, 3 santimetrgacha bo'lgan po'lat plastinkalarni kesib o'tishi mumkin. Bunday aniqlik binolar va transport vositalarida kerak bo'ladigan konstruksion qismlarni yaratish uchun ularni ajoyib qiladi. Mashina korpuslarida uchraydigan aluminiy qotishmalari bilan ishlashda tolali lazerlar an'anaviy CO2 lazerlariga qaraganda materialni taxminan 20 dan 25 foizgacha tezroq qayta ishlaydi. Bu tezlik afzalligi nozikroq metall varaqalar bilan ishlashda issiqlik zararlanish muammolarini kamaytirishga yordam beradi, bu avtomobillar ishlab chiqarish sifatini saqlash uchun muhim.

Tadqiqot hikoyasi: Avtomobillar ishlab chiqarishda yuqori aniqlikdagi kesish

Avtomobil ishlab chiqaruvchilar korpus detallarini 0,05 mm aniqlikda yasash uchun tolali lазer kesgichlaridan foydalanadi. 2023-yilgi hisobot bu texnologiyaning yuqori mustahkamlikdagi po'lat eshik ramkalari shakllantirilayotganda materiallarning 18% gacha bo'lgan chiqindisini kamaytirishini ta'kidlaydi. Shuningdek, kontur kesish paytida moslanuvchan quvvatni boshqarish tormoz komponentlarini ishlab chiqarishda birinchi o'tkazish natijasida 98% samaradorlikka erishish imkonini beradi.

Kelajak tendentsiyalari: Aeroshtat va tibbiy asboblarni ishlab chiqarish sohalari

Alyuminiy qotlar ustida ishlash uchun so'natlar uchun tolali l lazerni foydalanish tufayli kosmik sanoat o'sishini kuzatmoqda. Shu bilan bir vaqtda, tibbiy uskunalar ishlab chiqarishda, shu l azerlar 50 mikrongacha bo'lgan ajoyib aniqlikda titan implantlarni kesish imkonini beradi. Ko'plab muhandislar endi nixobli po'lat jarrohlik asboblari yaratishda ham aniq kesish uchun tolali l azerlardan foydalanadilar. Ular olishi mumkin bo'lgan toza sirtning notekisliligi odatda keyingi polirovka bosqichlariga ehtiyoj sezilmaydigan darajada 0,8 mikrondan kam bo'ladi. Barcha ushbu afzalliklarga ega bo'lgani uchun tolali l azer kesish ilg'or toza energiya texnologiyalari hamda inson tanasida haqiqatan ham yaxshi ishlaydigan tibbiy asbob-uskunalar rivojlantirishda shunchalik muhim bo'lib qolganligi hayratlanarli emas.

Ko'p so'raladigan savollar

Fiber l azerlardan foydalanishning an'anaviy CO2 l azerlarga nisbatan asosiy afzalligi nimada?

Tolali l azerlarning asosiy afzalligi - ularning energiya samaradorligi, bu esa CO2 l azer tizimlariga qaraganda taxminan 30% yaxshiroq. Shuningdek, ular maydonni kamroq egallash imkonini beradi va aniq kesish imkoniyatini taqdim etadi.

To'liq lazerlar kesishda qanday yuqori aniqlikka erishadi?

To'liq lazerlar stimulyatsiyalangan emissiya, fokuslash linsalari hamda lazer quvvati, tezligi va gaz bosimini boshqaruvchi CNC tizimlari orqali kesishda yuqori aniqlikga erishadi. Yuqori intensivlikda ham bu aniqlik saqlanib turadi.

To'liq lazer bilan kesish uchun mos metallar qaysilar?

To'liq lazerlar po'lat, aluminiy va latun kabi yorqin metallarda yaxshi ishlaydi va avtomobilsozlik hamda kosmik sanoat kabi sohalarda konstruksion qismlar uchun idealdir.

Yordamchi gazlar lazerli kesishni qanday yaxshilaydi?

Kislorod, azot va siqilgan havo kabi yordamchi gazlar suyuq materiallarni chiqarishda, issiqlik ta'sir qilgan zonani sovutishda va oksidlanishni boshqarishda yordam beradi, natijada kesish sifati va tezligi yaxshilanadi.