Účinnost laserového řezání do značné míry závisí na tom, jak různorodé materiály pohlcují a rozvádějí energii. Vezměme například kovy – nerezová ocel a hliník se chovají zcela odlišně, protože jejich tepelné vlastnosti jsou prostě jiné. Nerezová ocel špatně vede teplo, zhruba 15 W/mK, což znamená, že se teplo soustředí na jednom místě. Hliník má jiný příběh – díky mnohem vyšší vodivosti, zhruba 205 W/mK, se teplo rychle rozvádí, čímž je obtížnější dosáhnout rovnoměrného tavení. Měď je však zcela jiný případ. Při vlnové délce 1 mikron měď téměř veškeré světlo odráží – přesně řečeno 95 %. Tento problém s odrazivostí vyžaduje značné úpravy laserového paprsku, pokud chceme dosáhnout stabilního řezu. Pokud se podíváme na moderní vláknové lasery, u oceli mohou využít téměř veškerou energii – až 99 % pohlcení, avšak u mědi se účinnost propadne na pouhých 60–70 %. Proto často musí provozy, které zpracovávají měď, používat speciální techniky a zařízení, aby vše fungovalo správně.
Pokud jde o řezání nerezové a uhlíkové oceli, vláknové lasery výrazně převyšují CO2 systémy, zejména při práci s tenkostěnnými trubkami, kde mohou řezat až o 30 % rychleji. Proč? Vláknové lasery pracují na mnohem kratší vlnové délce okolo 1,08 mikronu, která je kovy jako ocel lépe pohlcována, takže zde dochází k menšímu ztrátovému výkonu a celkově kratším cyklům. Na druhou stranu, CO2 lasery mají delší vlnové délky na 10,6 mikronu, které se ve skutečnosti osvědčují u určitých pracovních úkonů. Při řezání neželezných kovů, jako je mosaz, se méně odrážejí, a proto se na ně výrobci stále spoléhají při konkrétních úkolech, kde je na prvním místě stabilita. Podle nedávných údajů z leteckého průmyslu z roku 2023 došlo u společností využívajících vláknové lasery ke snížení nákladů na řezání nerezové oceli o přibližně 18,50 USD na metr ve srovnání s tradičními CO2 systémy. Většina těchto úspor vznikla díky nižší spotřebě asistenčního plynu během provozu a zároveň lepší elektrické účinnosti všech komponent.
Tři proměnné významně ovlivňují kvalitu řezu:
U uhlíkové oceli je důležité udržovat tlak plynu mezi 1,2–1,5 bar je klíčové pro zabránění tvorbě strusky a zajištění konzistentní kvality řezu.
Nerezová a uhlíková ocel představují více než 65 % aplikací průmyslového laserového řezání trubek (IMTS 2023) díky vyvážené pevnosti, svařitelnosti a reakci na laserovou energii. Tato materiálová skupina se může zpracovávat v tloušťkách od 0,5 mm do 25 mm s minimálním tepelně ovlivněným zónám, což je ideální pro vysokopřesnou výrobu.
Nerezové oceli jako 304 a 316 z austenitické řady se často používají, protože obsahují přibližně 18 až 20 procent chromu. To jim poskytuje vynikající ochranu proti rezavění a chemickému poškození. Při řezání těchto materiálů umožňuje dnešní vláknová laserová technologie dosahovat velmi přesných řezů. Řezné šířky se dostávají až na 0,1 milimetru, přičemž rozměrová přesnost je v toleranci plus mínus 0,05 mm, a to i u trubek o tloušťce 15 mm. Výrobci zdravotnického zařízení a výrobci trubek pro potravinářský průmysl absolutně potřebují tento druh přesnosti. Jejich výrobky vyžadují zcela hladké povrchy bez jakýchkoli drsných okrajů nebo otřepů, což mohou trvale dodávat pouze pokročilé laserové systémy během výrobních sérií.
Pro dosažení řezů bez oxidace se doporučuje použít dusíkatý asistenční plyn o tlaku 12–16 bar pro nerezové trubky o tloušťce 3–8 mm. Pro silnější profily (10–15 mm) zajistí bezpopinové výsledky a minimální tepelnou deformaci vláknový laser o výkonu 4 kW pracující rychlostí 0,8–1,2 m/min. Tyto parametry umožňují vysokou opakovatelnost ve automatizovaných výrobních prostředích.
Relativně nízký obsah uhlíku v měkké oceli (méně než 0,3 %) znamená, že se při zahřátí na přibližně 1 500 stupňů Celsia rychle vypařuje. Tato vlastnost činí měkkou ocel zvlášť vhodnou pro aplikace v řezání vláknovým laserem. S běžným 6kW laserovým systémem mohou operátoři řezat ocelové trubky o tloušťce 20 mm působivou rychlostí až 2,5 metru za minutu. Řezy vytvářejí téměř svislé hrany s minimální úhlovou odchylkou (přibližně plus minus půl stupně), což je výborné zpráva pro svářeče, kteří nemusí trávit další čas na dokončovacích pracích po řezání. Co se týče nákladů, tyto laserové systémy také přinášejí významné úspory. Průmyslová data z FMA 2023 ukazují, že provozní náklady klesnou přibližně o 23 % při přechodu z tradičních metod plazmatického řezání.
U ocelových trubek s tloušťkou přesahující 25 mm pomáhají pulzní laserové režimy (1–2 kHz) kontrolovat tepelný vstup a zabránit deformacím. Použití směsí asistenčních plynů na bázi kyslíku zlepšuje odstraňování strusky, čímž se sníží zbytky o 40 % u úseků o tloušťce 30 mm. To zajišťuje rozměrovou přesnost pro konstrukční prvky ve stavebnictví a těžkém strojírenství.
Dodavatel automobilových komponent první úrovně nasadil 3D laserové řezání trubek pro výrobu 5 000 palivových vstřikovacích trubek denně s rozměrovou přesností 99,7 %. Stejný systém dosáhl opakovatelnosti 0,12 mm na hydraulických držácích z nerezové oceli SS304, čímž se snížil čas následného zpracování o 62 % ve srovnání s konvenčními obráběcími metodami.
Hliník ve skutečnosti velmi dobře odráží světlo, zhruba 90 % při běžných vlnových délkách laseru, se kterými pracujeme, a také rychle ztrácí teplo. Tyto vlastnosti ztěžují rovnoměrné vstřebávání energie laseru během zpracování. Co se poté stane? Místo tavení se rozšíří všude možně a řezné drážky budou nerovné, zejména při práci s tenkostěnnými trubkami, které jsou v průmyslu běžné. Vodivost tepla je zde další výzvou, protože hliník vedoucí teplo je asi pětkrát lepší než nerezová ocel. Z tohoto důvodu musí operátoři velmi pečlivě upravovat své parametry, pokud chtějí čisté řezy bez obtížného nánosu strusky, kterého se nikdo nechce poté zbavovat.
Použití dusíku jako asistenčního plynu snižuje oxidaci až o 70 % ve srovnání s kyslíkem. Kombinace tohoto jevu s pulzními režimy laseru s vysokou frekvencí (≥2 000 Hz) a optimalizovanými vzdálenostmi trysek (0,8–1,2 mm) zlepšuje hladkost hran o 25 %. Tato opatření jsou klíčová pro dosažení čistých povrchů připravených k svařování v náročných aplikacích.
Výrobce provedl některé testy v roce 2023, kdy dosáhl přesnosti kolem plus minus 0,05 milimetru při výrobě držáků baterií pro elektromobily pomocí 6kilowattového vláknového laseru. Také si všimli něčeho zajímavého při řezání hliníkových trubek řady 6xxx – díky sledování změn teploty v průběhu procesu podstatně snížili množství odpadu, a to z přibližně 12procentního počtu zmetků na pouhých něco málo přes 3 procenta. Podle nedávných studií publikovaných například v Journal of Materials Processing Technology je zřetelný posun směrem k většímu využívání hliníku pro zlepšení lehkosti automobilů. Výrobci elektromobilů nyní nahrazují přibližně čtyřicet procent dříve používaných ocelových dílů těmito speciálně řezanými hliníkovými komponenty.
Vlákenní lasery nyní dominují řezání hliníkových trubek a zajišťují 68 % instalací na celosvětové úrovni. Jejich vlnová délka 1,08 μm nabízí lepší absorpci než CO₂ lasery, což umožňuje řezací rychlosti 1,2–1,8 m/min na 8mm hliníku s bezvadným výsledkem bez nájezdu. Tento výkon podporuje jejich nasazení v oblastech VZT, dopravy a obnovitelných zdrojů energie.
Při práci s měděnými a mosaznými materiály se podle některých nedávných výzkumů z Laser Processing Institute z roku 2023 tyto materiály mají tendenci odrážet zpět přibližně 95 % laserové energie na těchto infračervených vlnových délkách. Toto odražené záření způsobuje skutečné problémy s optickými komponenty a ztěžuje udržení stabilních procesních podmínek. Mosaz přidává další úroveň obtížnosti, protože při řezání má tendenci zinečná složka odpařovat, což vede k nekonzistentnímu řezu s nerovnými okraji a někdy dokonce k vytváření drobných děr v materiálu. Aby se těmto problémům předešlo, většina odborníků se spoléhá na pulzní nastavení laseru v kombinaci s asistencí dusíkového plynu. Pulzy pomáhají lépe kontrolovat tavení, zatímco dusík zabraňuje oxidaci, čímž se celý proces řezání stává pro výrobce pracující s těmito náročnými kovy mnohem předvídatelnějším a spolehlivějším.
Vlákenní lasery dnes dokážou řezat čisté měděné plechy o tloušťce až 3 mm při výkonu 1 kW a více a dosahují přesnosti kolem 0,1 mm díky pokročilé technologii řízení svazku. Ale existuje jedna základní nevýhoda: tyto řezy trvají přibližně o 30 až 40 procent déle než při práci s ocelovými materiály, protože měď velmi efektivně vede teplo. To, co je však umožňuje, je vlnová délka laseru 1,08 mikrometru, která je mědí absorbována zhruba na 22 %, což je téměř třikrát lepší výsledek než u tradičních CO2 laserů. Tento pokrok otevřel možnosti pro výrobu jemných komponentů, jako jsou elektrické kanály s tenkými stěnami nebo specializované systémy výměníků tepla, kde je na cestě přesnost.
Tři ověřené přístupy vylepšují zpracování mědi a mosazi:
Tyto metody snižují tvorbu strusky o 62 % a udržují rychlost řezání až 20 m/min na mosazných trubkách o tloušťce 2 mm.
Podle nejnovější průmyslové řezací studie Global Industrial Cutting Survey 2023 se poptávka po přesných mosazných dílech zvýšila téměř o polovinu, ale stále existují poměrně významná technická omezení, která je třeba překonat. Získání velmi úzkých tolerancí pod 0,2 mm potřebných například pro dekorativní lišty, námořní kování a lékařské přístroje není s běžnými řezacími systémy snadné. Samozřejmě 6kW vláknové lasery zvládnou 8mm mosaz s přesností kolem 0,25 stupně, ale provoz takového stroje stojí zhruba 180 dolarů za hodinu. Tato vysoká cena znamená, že většina firem je používá jen v případě naprosté nutnosti, typicky pro drahé aplikace v leteckém průmyslu nebo specializované měřicí přístroje, kde tato extrémní přesnost skutečně hraje roli.
Moderní stroje pro laserové řezání trubek vykazují různou účinnost u klíčových materiálů:
| Materiál | Maximální tloušťka (vláknový laser) | Kvalita řezu | Hlavní úvahy |
|---|---|---|---|
| Nerezovou ocel | 25 mm | Vynikající | Vyžaduje dusíkový asistenční plyn |
| Měkká ocel | 30 mm | Vysoká přesnost | Optimální s kyslíkovým asistenčním plynem |
| Hliník | 15 mm | Dobrá | Doporučují se proti odrazivé povlaky |
| Měď | 6 MM | Střední | Preferovány lasery vysokého výkonu (>6 kW) |
| Mosaz | 12 mm | Stálý | Nastavení frekvence pulzů je kritické |
Nerezová a uhlíková ocel zůstávají nejlépe zpracovatelné pomocí laseru, dosahují stále tolerance pod ±0,1 mm. Hliník vyžaduje o 30 % vyšší rychlost řezání než ocel, aby se zabránilo tvorbě náteků, zatímco měď pro svou odrazivost ztěžuje úspěšné zpracování – podle průzkumů výrobců z roku 2023 pouze 42 % výrobců uvádí spolehlivé výsledky při zpracování čisté mědi.
Odvětví leteckého a zdravotnického průmyslu stále častěji využívá vláknové lasery pro řezání titanových trubek s tloušťkou až 10 mm. Účinné zpracování vyžaduje:
Niklové super slitiny, jako je Inconel, vykazují roční nárůst využití laserového řezání o 19 %, zejména pro vysokoteplotní výfukové komponenty, které musí odolávat až 1 200 °C.
Čtyři faktory určují optimální nastavení laseru:
Operátoři by měli provádět zkušební řezy při práci s novými slitinami, protože i 0,5% změna složení může ovlivnit rychlost řezání o 12–15 %.
Laserové řezání závisí na tom, jak materiály pohlcují a šíří energii. Kovy jako nerezová ocel a hliník mají odlišné tepelné vlastnosti, které ovlivňují jejich reakci na laserové řezání.
Vláknové lasery nabízejí vyšší rychlost a účinnost ve srovnání s CO2 lasery, zejména pro tenkostěnné potrubí, díky kratší vlnové délce a lepšímu vstřebávání energie.
Vláknové lasery mohou řezat měď a mosaz s určitými úpravami, jako je pulzní režim laseru, ale vyžadují větší výkon a čas ve srovnání s měkčími kovy.
Asistenční plyny, jako jsou dusík a kyslík, se používají ke zlepšení kvality řezu, prevenci oxidace a zvýšení účinnosti v závislosti na materiálu.
Ano, vláknové lasery jsou čím dál častěji používány pro řezání hliníku díky jejich účinnosti, i když je třeba provést úpravy kvůli odrazivosti a tepelné vodivosti hliníku.
Aktuální novinky
RT Laser je celostátně uznávaný high-tech podnik specializující se na výzkum, vývoj, výrobu a prodej laserových zařízení. Mezi naše hlavní produkty patří řezací stroje vláknovým laserem, ruční laserové svařovací stroje a ohýbačky.
No.6-8, Binhe industrial park, Jiyang district, Jinan city, Shandong province, China.
Všechna práva vyhrazena © 2025 společností RAYTU LASER Technology Co.,Ltd. Zásady ochrany osobních údajů
EN
