Lézervágás

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Lézervágó gép működés közben (lemezvágás)

A lézervágás egy olyan automatizált (rendszerint CNC) anyagszétválasztási (termikus vágási) eljárás, amelynél a vágáshoz szükséges hőenergiát a lézersugár biztosítja. Leggyakoribb ipari alkalmazási területe szerkezeti acélok, alumínium és rozsdamentes lemeztáblák illetve -csövek, idomacélok megmunkálása, darabolása.

Története[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • 1917: A lézersugárzás elméleti alapjait Albert Einstein rakta le, azonban a korabeli technika még nem tudott mit kezdeni elméletével.
  • 1958: Charles Hard Townes és Arthur L. Schawlow publikáltak egy munkát az indukált emisszió elve szerint működő fényerősítőről.
  • 1960: Az első működő készüléket (amely a két fizikus publikációjára épült) Theodore Maiman építette meg - villanólámpával gerjesztett rubin kristályt használt.
  • 1960: Decemberben Ali Javan állította elő az első hélium–neon gázlézert. Ez az első folytonos sugárzású lézer, amely az elektromos energiát alakítja át lézersugárrá.
  • 1962 Robert Hall megalkotja a félvezető lézert, Kumar Partel pedig a nagy teljesítményű, folytonos sugárzású széndioxid gázlézert.
  • 1967: Az angol The Welding Institut kutató intézetben lemezvágáshoz fejlesztettek lézereket. Az első lemezvágásra fejlesztett különleges lézert Birminghamben helyezték üzembe.
  • 1970: A Messer Griesheim piacra dobja az első CNC lézersugaras vágóberendezést.

Ipari célokra többnyire a széndioxid gázlézer terjedt el, elsősorban az üzemeltetés relatív olcsósága miatt.[1]

A lézeres vágástechnológiák csoportosítása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A lézeres vágástechnológiáknak három csoportját különböztetjük meg:

  • Oxidációs vágás (égető vágásnak is nevezik), melynek során a vágandó anyagot olyan magas hőmérsékletre hevítik, hogy az meggyullad a felületre fúvatott nagy tisztaságú oxigénben. Ezzel a technológiával olyan anyagok vághatóak, amelyeknek gyulladáspontja alacsonyabb, mint az olvadáspontja. Ilyen anyagok például az ötvözetlen és a gyengén ötvözött acélok. A 2-3 bar nyomású oxigén segít az ömledék és salak kifúvásában is.
  • Olvasztó vágás (vagy inert gázos vágás), melynek során az anyagot lézersugárral olvadáspontjáig hevítik, majd a keletkezett olvadékot semleges segédgáz (rendszerint nitrogén) segítségével nagy nyomáson (13-25 bar) kifúvatják a keletkezett vágórésből (például alumínium és rozsdamentes anyagok vágása). Speciális esetekben – mint pl. titán, vagy magnézium vágásakor – nitrogén helyett argon gázt használnak.
  • Szublimációs vágást olyan anyagok vágására használnak, amelyeknek nincs olvadáspontja (például a fa, műanyag, kerámia vagy papír). A szublimációs vágás során a megmunkált anyag szilárd halmazállapotból közvetlenül gázneművé alakul át (szublimál).

Néhány anyag lézerrel csak nehezen és költségesen vágható, ilyen például a vörösréz vagy az ezüst. Ennek oka az, hogy az említett anyagok nagyon jó hővezetők, így a vágás létrejöttéhez szükséges helyi túlhevülés éppen a kiváló hővezetés miatt nem tud kialakulni.[2]

Gázfajták[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Lézeres vágás esetén kétféle gázt használnak:[3]

  • Rezonátorgáz; Rezonátorgáz az a nagy tisztaságú gáz[4], amelyet gázlézerek esetén a lézercsőben a lézer előállítására használnak. Leggyakoribb a széndioxid, de gyakran nitrogén és hélium esetleg neon keveréket használnak. A pontos keverési arány gyártóművi titoknak számít.
  • Segédgáz; A segédgáz feladata a gőz és a levált anyagrészecskék kifúvatása a vágási résből, továbbá a levált, megolvadt anyagrészecskék, fémgőzök távol tartása az optikától. Segédgázként oxigént, nitrogént esetleg argont használnak a megmunkált anyagtól függően.

Lézerrel működő ipari vágógépek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Ipari lézervágó gép CNC vezérléssel

Lézeres vágógépek szokásos elnevezései[5]:

  • síklézer; lemeztáblák, sík felületek megmunkálására alkalmas gépek és
  • csőlézer; általában csövek, zártszelvények, idomacélok és esetleg síkovál profilok megmunkálására szolgáló

gépek.

Lézervágó gépek működési elve[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Egy üvegcsőben áramoltatott nagy tisztaságú, kisnyomású gáz(keveréket) középfrekvenciás (1-10kHz), nagyfeszültségű impulzusokkal gerjesztik (pumpálják). A keletkezett lézersugarat tükrükön (vetítéssel) vagy - kisebb teljesítmények esetén - üvegszálon át juttatják el a vágófejhez. A vágófejben egy vagy több speciális anyagú lencse végzi a fókuszálást. Vastagabb anyagokhoz általában 190mm gyújtótávolságú, míg 6mm vastagság alatt 110mm-es fókusztávolságú cinkszelenid (ZnSe) anyagú lencséket használnak. A lencse a beérkező fényt a tárgy felületére fókuszálja oly módon, hogy a fókuszpont átmérője 0,1 mm körül van. Így rendkívüli energia koncentrálódik nagyon kis területen: hatására létrejön a vágás.

A vágófej lineáris vezetékeken tud elmozdulni két X-Y koordináta irányában, továbbá függőlegesen a Z-tengely mentén. A vágófej pontos pozicionálását léptetőmotorok vezérlik, amelyek a szükséges számú impulzust a CNC vezérlőberendezéstől kapják a vágandó profil függvényében. Csőlézer esetén egy további C-tengely is használatos, amely a befogott cső kívánt szögelfordulását biztosítja (akár pozicionáláshoz, akár megmunkálás közben).

Vágási paraméterek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A tulajdonképpeni vágási sebesség számos tényező függvénye[6]. Általában elmondható, hogy az ipari síklézerek nagyon gyorsak: 1mm-es szerkezeti acéllemez (St37) vágása esetén az előtolási (vágási) sebesség 6000-12000(!) mm/perc között van. A megmunkálható lemezvastagság függ a gépbe épített lézer generátor teljesítményétől, rendszerint 6-12mm-es acéllemez, 8mm-es alumínium lemez és 10mm-es KO33-as rozsdamentes lemez a felső korlát. Az elérhető felületi érdesség Ra 5-10 között, a tűrés - a lemezvastagság és az alkalmazott technológia függvényében - néhány század de legfeljebb 0,1mm.

Biztonságtechnika[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

CO2 lézervágó gép lemezmegmunkálásra

Minden lézervágó gép az emberi szem számára láthatatlan infravörös tartományban dolgozik, például a széndioxid lézerek az 1060 nm-es hullámhosszon működnek. Mivel az ipari lézerek teljesítménye általában 1 és 20 kW között van, még a szórt (lemeztábláról visszaverődő) lézerfény is vakságot okozhat. A gépek kezelőit a láthatatlan veszély miatt számos biztonsági berendezés (és az infravörös fény számára nem átlátszó üvegablak) védi. A gép tartozéka az elszívó berendezés és leválasztó ciklon, amely gondoskodik a vágás közben keletkező fémporok és fémgőzök összegyűjtéséről.

Trendek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az ipari lézeres megmunkálás üvegcsöves széndioxid lézer esetén sok segédberendezést kíván, mint például a gerjesztő nagyfrekvenciás áramkör vízhűtő-köre, a vízhűtőt hűtő léghűtő, égéstermékek elszívó berendezései, stb., stb. Impulzusüzemű félvezetős lézerek esetén lényegesen egyszerűbb berendezés építhető, például a félvezető beépíthető a vágófejbe, nincs költséges vízhűtő, stb. Lényeges, hogy a gázlézertől lényegesen jobb hatásfokkal, kompaktabb, olcsóbban gyártható és üzemeltethető berendezés működtethető.[7][8]


Magyarországi helyzetkép[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Örvendetes, hogy ez a technológia Magyarországon is elterjedőben van. Bár a berendezések ára magas, évente átlagosan 10-30 lézervágó gépet vásárolnak és helyeznek üzembe.2010-ben több, mint 300 lézervágó gép üzemelt Magyarországon. [9]

Jegyzetek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Felhasznált irodalom[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Lásd még[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Lézergravírozás

További információk[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]