Bu Faktörleri Göz Ardı Etmeyin – Fiber Lazer Kesiminizi Mahvediyorlar

Fiber lazer kesim makinelerinin kesim hızını etkileyen çok sayıda faktör vardır ve bunlar temel olarak lazer parametreleri, işlenen malzemenin özellikleri, kesim proses parametreleri ve makine performansı olarak kategorize edilebilir.

Lazer Parametreleri

Fiber lazer kesim makinelerinin kesme prensibi, malzemeleri eritmek ve kesmek için yüksek enerjili lazer ışınları kullanmayı içerir. Bu nedenle, lazer parametreleri kesme hızını etkileyen en doğrudan faktörlerdir.

• Lazer gücü: Aynı malzeme için ve diğer lazer parametreleri sabit tutulduğunda, daha yüksek güç, birim zamanda iş parçasına daha fazla enerji girişi sağlar, malzemenin erimesini/buharlaşmasını hızlandırır ve böylece kesme hızını artırır.

• Işın kalitesi: Genellikle şu şekilde ölçülür: BPP Daha düşük bir BPP değeri, daha güçlü ışın odaklama yeteneği, daha küçük nokta boyutu, daha yüksek enerji yoğunluğu, daha küçük ısıdan etkilenen bölge ve daha iyi kesme hızı ve hassasiyeti anlamına gelir.

İşlenmiş Malzemenin Özellikleri

• Malzeme Türü: Farklı malzemeler, belirli dalga boylarındaki lazer ışığı için emilim oranı, erime noktası, ısı iletkenliği ve buharlaşma sıcaklığı gibi tamamen farklı fiziksel özellikler sergiler.

  • Emilim oranı: Fiber lazer kesim makinelerinin yaydığı lazer ışığının dalga boyu 1064 nm'dir. Metalik malzemeler, özellikle çelik ve titanyum, bu dalga boyundaki lazer ışığını yüksek oranda emer. Bununla birlikte, bakır ve alüminyum gibi yüksek yansıtıcı malzemeler nispeten daha düşük emilim oranlarına sahiptir ve ilk yansımayı aşmak için daha yüksek güç veya özel teknikler (örneğin, titreşimli kesim) gerektirir. Makine ayrıca belirli yansıma önleyici önlemlere de ihtiyaç duyar.

  • Termofiziksel özellikler:

    Alüminyumun ısı iletkenliği iyidir, bu da ısının kolayca dağılmasına neden olur. Bu nedenle, kesme işlemini sürdürmek için daha yüksek enerji yoğunluğu gereklidir. Paslanmaz çeliğin ısı iletkenliği daha düşüktür, bu da ısının daha kolay yoğunlaşmasına ve kesilmesinin nispeten daha kolay olmasına neden olur.

• Malzeme kalınlığı: Bu, en kritik faktörlerden biridir. Kalınlık arttıkça kesme hızı keskin bir şekilde azalır. Bunun nedeni, malzemenin tüm kalınlık boyunca eritilip çıkarılması için daha fazla zamana ihtiyaç duyulması ve erimiş cürufu dışarı atmak için yardımcı gazın kullanılabilmesi için daha geniş bir kesme aralığına ihtiyaç duyulmasıdır.

• Malzeme yüzey durumu: Pas, yağ, boya veya pürüzlü yüzeyler lazer emilim oranını değiştirebilir, bu da kesme hızını ve kesilen yüzeyin düzgünlüğünü etkileyebilir.

Kesme İşlemi Parametreleri

• Yardımcı gaz:

  • Gaz türü: Oksijen (yanmayı destekleyici, ekzotermik reaksiyon, karbon çeliği için uygun), azot (inert, erimiş malzemeyi uzaklaştırır, oksidasyonu önler, paslanmaz çelik ve alüminyum için uygun), hava (düşük maliyetli, metal olmayan malzemeler veya ince levhalar için kullanılır).
  • Gaz basıncı: Yetersiz basınç, erimiş cürufu etkili bir şekilde uzaklaştıramaz ve bu da cüruf oluşumuna ve arka yüzeyde yanmaya yol açar. Aşırı basınç ise kesme yüzeyinde girdaplar oluşturarak kesimi soğutabilir ve kesme verimliliğini ve kalitesini düşürebilir.

• Odak noktası: Odak noktasının konumu (iş parçasının üstünde, altında veya tam üzerinde) nokta boyutunu ve enerji dağılımını değiştirerek kesme genişliğini, yüzey pürüzlülüğünü ve kesme hızını doğrudan etkiler. Kalın plakalar için, daha iyi enerji dağılımı elde etmek amacıyla odak noktası genellikle iş parçasının belirli bir derinliğine ayarlanır.

• Meme tipi ve yüksekliği: Püskürtme memesinin açıklığı ve iş parçasına olan mesafesi, gaz akış alanının şeklini ve stabilitesini etkileyerek cüruf uzaklaştırma verimliliğini etkiler.

Takım Tezgahı Performansı

Hareket sisteminin dinamik performansı: Lazer yüksek hızlarda kesim yapabilse bile, özellikle çok sayıda küçük daire ve keskin köşe içeren karmaşık desenlerin işlenmesinde, eksenlerin sık sık hızlanma ve yavaşlama gerektirmesi nedeniyle, takım tezgahının yetersiz ivmelenmesi gerçek hızı sınırlayacaktır.

Lazer Gücü ile Kesilen Malzeme Arasındaki İlişki

Lazer Gücü ve Kesilebilir Kalınlık Arasındaki İlişki

Aşağıda, yaygın koşullar altında karbon çeliğinin (oksijen kullanılarak) kesme hızı aralıkları için yaklaşık bir referans verilmiştir (birim: m/dak):

Fiber Lazer Kesim Makinelerinin Kesim Hızı Nasıl Artırılır?

Kesim kalitesini sağlamak koşuluyla, aşağıdaki öneriler fiber lazer kesim makinelerinin kesim hızını artırmanıza yardımcı olabilir.

Ekipman

1. Lazer cihazını yükseltin.

   • Lazer gücünü artırın. Bu en doğrudan yöntemdir.
   • Işın kalitesini optimize edin. Daha düşük BPP değerine sahip bir lazer seçin. Bir lazerin BPP değerini birçok faktör etkiler, ancak piyasada bulunan lazerler arasında ışın modu, BPP değeri üzerinde en doğrudan etkiye sahiptir. Şu anda lazer ışın modları tek modlu lazerler ve çok modlu lazerler olarak ikiye ayrılır. Tek modlu lazerler, rezonatörde yalnızca bir modda (genellikle temel mod, yani TEM₀₀ modu) yayılır, M²≈1, ideal bir Gauss ışınına yakındır ve son derece küçük bir nokta çapına sahiptir (kırınım sınırına yakın). İnce levha kesimi için uygundurlar, ancak tek modlu lazerlerin sürekli gücü genellikle düşüktür. İlk tek modlu lazerlerin gücü genellikle 1 kW'ın altındaydı. Ancak, tek modlu ışın birleştirme teknolojisinin ortaya çıkmasıyla, birden fazla tek modlu lazer modülünün enerjisini bir ışın birleştirici aracılığıyla tek bir iletim fiberine birleştirmek ve böylece kilovat seviyesinde hatta on kilovat seviyesinde yüksek güçlü tek modlu lazer çıkışı elde etmek mümkün hale gelmiştir; bu da hem yüksek güç hem de yüksek kaliteyi bir araya getirmektedir. Çok modlu lazerler, rezonatörde aynı anda birden fazla modda (temel mod ve daha yüksek dereceli modlar dahil) yayılır. Özellikleri, çok yüksek güce kolayca ulaşabilmeleridir, ancak BPP değerleri güçle doğrusal olarak artar ve ışın kaliteleri tek modlu lazerlere göre çok daha düşüktür. Esas olarak kalın levha kesiminde kullanılırlar; burada son derece yüksek lazer gücü metali hızla eritebilir ve daha geniş kesim aralığı cürufun atılmasını kolaylaştırır.

2. Diğer bileşenlerin seçimi.

   • Daha gelişmiş nozullar kullanın. Kanatçık tasarımlı çift katmanlı nozullar, daha istikrarlı ve yoğun bir hava akışı sağlayarak cürufu daha etkili bir şekilde uzaklaştırır ve özellikle yüksek basınçlı azotla paslanmaz çelik keserken daha yüksek kesme hızlarına olanak tanır.
   • Lenslerin temiz ve hasarsız olduğundan emin olun. Kirlenmiş lensler, lazer gücü iletim verimliliğini önemli ölçüde azaltabilir. Odak lensinin ve koruyucu lensin düzenli olarak temizlenmesi ve incelenmesi, temel kesme hızını korumak için temel gereksinimlerdir.
   • Otomatik odaklama fonksiyonu. Otomatik odaklama fonksiyonu, farklı malzemeler ve kalınlıklar kesilirken odak noktasının en uygun konumda kalmasını sağlar.
   • Makine takımının mükemmel hız ve ivmeye sahip olduğundan emin olun. Geleneksel CNC ahşap freze makinelerinin aksine, fiber lazer kesim makinelerinin iletim sistemi genellikle hafif bir tasarıma sahiptir (örneğin, hafif alüminyum alaşımlı portallar). Temassız bir işleme yöntemi olduğundan, son derece yüksek burulma sertliğine ihtiyaç duymaz. Hafif tasarım, makinenin çok yüksek hareket hızlarına ve ivmeye ulaşmasını sağlar.

Süreç

1. Kesme parametrelerinin optimizasyonu. İşlemeyi yönlendirmek için gerçek işleme deneyimine dayalı bir kesme parametre tablosu oluşturulması önerilir. Makine ilk kez kullanılıyorsa, üretici tarafından sağlanan kesme parametre tablosunu takip etmek ve hurda malzeme üzerinde kesme testleri yapmak tavsiye edilir. Hız, gaz basıncı ve odak noktası gibi parametreleri ayarlayarak, kesilen yüzeyin kalitesini ve cüruf yapışmasının olup olmadığını gözlemleyerek mevcut koşullar altında optimum kesme hızını bulun ve revize edilmiş bir kesme parametre tablosu oluşturun.
2. Odak noktası ayarı. İnce levhalar için, yüksek hızlı delme ve kesme sağlamak amacıyla odak noktası genellikle yüzeyde veya biraz altında bulunur. Kalın levhalar için ise, cüruf atılımını kolaylaştıran yeterli bir enerji gradyanı oluşturmak için odak noktasının malzemenin derinliklerinde olması gerekir. Her malzeme/kalınlık için en uygun odak noktası konumunu bulmak, hızı artırmak için gerekli bir adımdır.

3. Gaz seçimi ve basınç optimizasyonu. Uygun yardımcı gaz ve basınç, gerçek işleme ihtiyaçlarına göre seçilmelidir. Aşağıda bazı yaygın yardımcı gazlar ve basınçlar verilmiştir:

   Gaz Tipi	Çekirdek işlevi	uygulanabilir Malzemeler	Kesme Yüzeyi Özellikleri	İşletme maliyeti	Basınç Gereksinimleri
   Hava	Kısmi oksidasyon, soğutma, yıkama	Metalik olmayan, ince alüminyum/karbon çelik	Açık sarı, hafif oksitlenmiş.	Çok düşük	Orta (5-16 Bar)
   Oksijen (O₂)	Yanma desteği, ekzotermik, yıkama	Karbon çelik	Gri, pürüzlü, oksit tabakalı	Orta	Orta-düşük (0.5-8 Bar)
   Azot (N₂)	Oksijen izolasyonu, yüksek basınçlı yıkama	Paslanmaz çelik, alüminyum, pirinç	Gümüş beyazı, pürüzsüz, oksitsiz	Yüksek	Yüksek (10-25 Bar)
   Argon (Ar)	Üstün koruma, reaksiyonu önler.	Titanyum alaşımları ve diğer reaktif metaller	Metalik renk, yüksek kalite	Çok yüksek	Orta basınç

4. Kesme yolu optimizasyonu. Boşta kalan hareketi en aza indirmek için yol programlaması yoluyla kesme yolunu olabildiğince optimize edin. Ortak kenar kesimini esnek bir şekilde benimseyin. Parçalar arasındaki boşluk çok küçük olduğunda, kesim çizgileri ortak bir kenarda birleştirilebilir, bu da toplam kesme uzunluğunu önemli ölçüde azaltır ve böylece verimliliği büyük ölçüde artırır.