1. Uvod
Laserski rezalni stroji igrajo ključno vlogo v sodobni industrijski obdelavi. S svojimi prednostmi visoke natančnosti in visoke hitrosti se pogosto uporabljajo na številnih področjih, kot sta obdelava kovin in elektronska proizvodnja. Kot ključna komponenta v sistemu optične poti laserskih rezalnih strojev imajo leče odločilno vlogo pri prenosu in fokusiranju laserskih žarkov. Med postopkom rezanja neizogibno nastajajo žlindra in robovi, njihovega vpliva na leče pa ne gre podcenjevati, kar neposredno vpliva na kakovost rezanja, stabilnost opreme in proizvodne stroške stroja za lasersko rezanje. Poglobljeno razumevanje mehanizma, s katerim žlindra in robovi vplivajo na leče, je velikega pomena za optimizacijo postopka laserskega rezanja, podaljšanje življenjske dobe leč in izboljšanje proizvodne učinkovitosti.
2. Mehanizem nastajanja žlindre in brusov
2.1 Nastajanje žlindre
Ko laserski žarek deluje na površino materiala, ki ga režemo, material absorbira lasersko energijo in se hitro segreje do tališča ali celo vrelišča, kar povzroči, da se del materiala stopi in izhlapi. Pod delovanjem pomožnega plina se staljeni in uparjeni material odpihne z območja rezanja, nekaj tekoče kovine pa ni mogoče popolnoma odpihniti in se ob ohlajanju strdi okoli rezalnega šiva in tvori žlindro. Različni materiali, kot so ogljikovo jeklo, nerjavno jeklo in aluminijeve zlitine, proizvajajo različne količine in oblike žlindre zaradi razlik v njihovih tališčih, vreliščih in termofizičnih lastnostih. Na primer, pri rezanju ogljikovega jekla je žlindra običajno bolj viskozna in se nagiba k oprijemu rezalne površine in okoliških komponent; medtem ko je žlindra aluminijevih zlitin razmeroma ohlapna, vendar ima močno fluidnost.
2.2 Nastanek zarez
Nastajanje robov je povezano z različnimi dejavniki med postopkom rezanja. Po eni strani, ko je rezalna hitrost prehitra ali je laserska energija nezadostna, materiala ni mogoče popolnoma stopiti in upariti, kar ima za posledico, da se del materiala iztisne v trdnem stanju na rezalnem robu in tvori robove. Po drugi strani pa, če sta tlak in stopnja pretoka pomožnega plina neustrezna, ne moreta učinkovito odpihniti žlindre stran od območja rezanja, žlindra pa se bo med ohlajanjem strdila na rezalnem robu in oblikovala robove. Poleg tega kakovost in stanje površine rezalnega materiala vplivata tudi na nastajanje robov. Če so v materialu nečistoče ali je površina neravna, je večja verjetnost, da bodo med rezanjem nastale robovi.
3. Fizični vpliv žlindre in robov na lečah
3.1 Adhezija in kopičenje
Med postopkom laserskega rezanja bodo žlindra in robovi brizgali s tokom pomožnega plina, nekateri od njih pa bodo neposredno udarili v površino leče in se nanjo oprijeli. Ko se čas rezanja podaljšuje, se bodo te oprijete žlindre in robovi postopoma kopičili. Zlasti pri rezanju debelih plošč ali materialov z visokim-tališčem-je količina ustvarjene žlindre in robov velika, pojav kopičenja pa bolj očiten. Žlindra in robovi, nabrani na površini leče, bodo spremenili optične lastnosti leče, kar bo povzročilo spremembe v odboju in lomu laserja na površini leče in vplivalo na kakovost prenosa laserja.
3.2 Praske in odrgnine
Žlindra in robovi pri-hitrosti brizganja imajo določeno količino kinetične energije. Ko zadenejo površino leče, lahko opraskajo lečo. Tudi majhne praske se bodo pod ponavljajočim sevanjem laserja postopoma razširile in poglobile, kar bo povečalo hrapavost površine leče. Odrgnina na površini leče ne le zmanjša njeno prepustnost svetlobe, ampak lahko povzroči tudi sipanje laserja, zaradi česar je porazdelitev laserske energije neenakomerna, kar vpliva na natančnost in kakovost rezanja. Dolgotrajne-praske in odrgnine skrajšajo življenjsko dobo leče in povečajo stroške vzdrževanja opreme.
4. Vpliv žlindre in robov na optične lastnosti leč
4.1 Zmanjšanje prepustnosti svetlobe
Žlindra in robovi, ki se oprijemajo površine leče, so enakovredni pokrivanju plasti nečistoč na leči. Te nečistoče bodo absorbirale in razpršile lasersko energijo, kar bo povzročilo zmanjšanje prepustnosti svetlobe leče. Zmanjšanje prepustnosti svetlobe pomeni, da manj laserske energije doseže površino materiala, ki ga želite rezati, kar vpliva na učinek rezanja. Na primer, pri rezanju tankih plošč, če se prepustnost svetlobe leče zmanjša, lahko pride do nepopolnega rezanja; pri rezanju debelih plošč bo upočasnilo rezalno hitrost in zmanjšalo učinkovitost proizvodnje. Poleg tega bo neenakomerno zmanjšanje prepustnosti svetlobe povzročilo tudi neenakomerno porazdelitev laserske energije na površini materiala, kar bo povzročilo nestabilno kakovost rezanja.
4.2 Premik fokusa
Kopičenje žlindre in robcev na površini leče ter praske in odrgnine bodo spremenili obliko površine in optične lastnosti leče. To lahko povzroči premikanje goriščne lege laserja, zaradi česar ni mogoče natančno izostriti optimalnega položaja materiala, ki ga želite rezati. Odmik fokusa bo razširil razpon porazdelitve laserske energije na površini materiala, zmanjšal gostoto energije in dodatno vplival na globino in natančnost rezanja. Pri nekaterih opravilih obdelave z izjemno visokimi zahtevami glede natančnosti rezanja, kot je rezanje elektronskih komponent, lahko zamik fokusa povzroči zavrženje izdelka in povzroči resne gospodarske izgube.
5. Verižne reakcije na celotno zmogljivost strojev za lasersko rezanje
5.1 Poslabšanje kakovosti rezanja
Zaradi negativnega vpliva žlindre in bruhov na fizikalne in optične lastnosti leč se kakovost rezanja stroja za lasersko rezanje neposredno zmanjša. Rezalna površina je lahko neenakomerna, ima povečano hrapavost in oprijem žlindre, z več robovi, ki jih je težko odstraniti. Te težave ne vplivajo le na kakovost videza izdelka, ampak lahko vplivajo tudi na kasnejšo sestavo in servisiranje izdelka. V nekaterih panogah s strogimi zahtevami glede kakovosti izdelkov, kot sta vesoljska in medicinska oprema, poslabšanje kakovosti razreza nikakor ni dovoljeno, kar lahko privede do stagnacije celotnega proizvodnega procesa in odpoklica izdelkov.
5.2 Zmanjšanje stabilnosti opreme
Spremembe v delovanju leč bodo povzročile nestabilnost sistema optične poti stroja za lasersko rezanje. Za vzdrževanje normalnih učinkov rezanja lahko oprema samodejno prilagodi parametre, kot sta moč laserja in hitrost rezanja, vendar bodo takšne pogoste prilagoditve povečale obremenitev različnih komponent opreme, kar bo povzročilo nestabilno delovanje opreme. V dolgoročnem nestabilnem delovanju se bo povečala stopnja napak opreme, povečalo se bo število popravil, kontinuiteta in učinkovitost proizvodnje pa bosta resno prizadeti. Poleg tega lahko nestabilen postopek rezanja ogrozi tudi varnost operaterjev.
6. Preventivni in reševalni ukrepi
6.1 Optimizacija parametrov postopka rezanja
Nastajanje žlindre in robcev je mogoče zmanjšati z razumno prilagoditvijo parametrov postopka rezanja, kot so moč laserja, hitrost rezanja, tlak pomožnega plina in pretok. Na primer, za materiale različnih debelin in materialov izberite ustrezno ujemanje moči laserja in hitrosti rezanja, da zagotovite, da se material lahko popolnoma stopi in upari, hkrati pa lahko pomožni plin učinkovito odpihne žlindro stran od območja rezanja. Pri rezanju ogljikovega jekla lahko ustrezno povečanje tlaka pomožnega plina zmanjša oprijem žlindre; pri rezanju tankih plošč lahko zmanjšanje hitrosti rezanja izboljša kakovost rezanja in zmanjša nastajanje robov.
6.2 Krepitev ukrepov za zaščito leč
Namestitev visoko{0}}kakovostnih zaščitnih leč je učinkovit način za preprečevanje neposrednega stika žlindre in robcev z lečami. Zaščitne leče lahko blokirajo večino brizgajoče žlindre in robov ter zmanjšajo fizično poškodbo leč. Hkrati je treba redno pregledovati in menjavati zaščitne leče ter določiti razumen cikel zamenjave glede na rezalni material in debelino. Poleg tega lahko okoli leč namestite zaščitne naprave, kot so ščitniki in lopute, da dodatno zmanjšate vpliv žlindre in robcev na leče.
6.3 Redno čiščenje in vzdrževanje leč
Redno čiščenje leč je ključnega pomena za njihovo dobro delovanje. S posebnimi sredstvi in orodji za čiščenje optičnih leč skrbno odstranite nečistoče, kot so žlindra, robovi in prah s površine leč v skladu s pravilnimi metodami čiščenja. Med postopkom čiščenja se izogibajte sekundarnemu praskanju leč. Hkrati redno pregledujte in umerjajte sistem optične poti stroja za lasersko rezanje, da zagotovite, da je položaj namestitve leč točen in da je goriščni položaj v optimalnem stanju, da zagotovite stabilno delovanje in kakovost rezanja stroja za lasersko rezanje.
--Rayther Laser Jack Sun--