Učinkovitost laserskog rezanja u velikoj mjeri ovisi o tome kako različiti materijali upisuju i rasipaju energiju. Uzmite metale, na primjer, nehrđajući čelik i aluminij se ponašaju sasvim drugačije zbog razlika u toplinskim svojstvima. Nehrđajući čelik slabo vodi toplinu, otprilike 15 W/mK, što znači da se toplina nakuplja na jednom mjestu. Aluminij priča drugačiju priču, s mnogo većom vodljivošću, oko 205 W/mK, pa se toplina brzo rasipa, čime je teže postići stabilno topjenje. Bakar je potpuno drugačija priča. Na valnoj duljini od 1 mikron, bakar odbija skoro sav svjetlost, točno rečeno 95%. Ovaj problem refleksije zahtijeva ozbiljne prilagodbe laserskog snopa ako želimo stabilne rezove. Gledajući moderne laserske sustave, oni mogu apsorbirati skoro savu energiju iz čelika, blizu 99% apsorpcije, ali imaju dosta problema s bakrom gdje apsorpcija pada na samo 60-70%. Zato obrtnici koji rade s bakrom često trebaju posebne tehnike i opremu da bi postigli dobre rezultate.
Kada je riječ o rezanju nehrđajućeg i mekog čelika, vlaknasti laseri jednostavno nadmašuju CO2 sustave, pogotovo kada se radi o cijevima tankih stijenki gdje mogu rezati čak 30% brže. Razlog? Vlaknasti laseri rade na znatno kraćoj valnoj duljini od oko 1,08 mikrona koja se bolje apsorbira kod metala poput čelika, pa je time smanjena potrošnja energije i kraće vrijeme ciklusa. S druge strane, CO2 laseri imaju dulje valne duljine od 10,6 mikrona koje mogu biti prikladnije za određene vrste posla. One manje reflektiraju kod rezanja neželjeznih metala poput mjedi, pa se na njih i dalje oslanjaju proizvođači u specifičnim zadacima gdje je stabilnost ključna. Prema nedavnim brojkama iz zrakoplovne industrije iz 2023. godine, tvrtke koje su koristile vlaknaste laserne sustave primijetile su smanjenje troškova rezanja nehrđajućeg čelika za oko 18,50 USD po metru u usporedbi s tradicionalnim CO2 sustavima. Većina tih ušteda proizlazila je iz smanjenih potreba za pomoćnim plinovima tijekom rada, kao i bolje električne učinkovitosti u cjelini.
Tri varijable kritički utječu na kvalitetu reza:
Za ugljični čelik, održavanje tlaka plina između 1.2–1.5 bar je ključno kako bi se izbjegla formacija šljake i osigurala dosljedna kvaliteta reza.
Nehrđajući čelik i meki čelik čine više od 65% industrijskih primjena laserskog rezanja cijevi (IMTS 2023), zbog dobrog odnosa čvrstoće, zavarljivosti i reaktivnosti na lasersku energiju. Ove materijale moguće je obraditi debljinama od 0,5 mm do 25 mm s minimalnim utjecajem topline, što ih čini idealnima za visokotrivljnu proizvodnju.
Nehrđajući čelici poput 304 i 316 iz austenitne familije često se koriste jer sadrže oko 18 do 20 posto hroma. Upravo to im daje izvrsnu zaštitu od korozije i hemijskih oštećenja. Kada je reč o sečenju ovih materijala, savremena fiberoptička laserska tehnologija omogućava vrlo precizne reze. Govorimo o širini reza (kerfu) čak i do 0,1 milimetra, sa dimenzionom tačnošću unutar ±0,05 mm, čak i na cevima debljine 15 mm. Proizvođači medicinske opreme i oni koji proizvode cevi za obradu hrane apsolutno zahtevaju ovu vrstu preciznosti. Njihovi proizvodi zahtevaju površine koje su potpuno glatke, bez grubih ivica ili oštrih rubova, nešto što samo napredni laserski sistemi mogu dosledno obezbediti tokom serije proizvodnje.
Kako bi se postigli rezovi bez oksidacije, preporučuje se dušik kao pomoćni plin pod tlakom od 12–16 bara za nehrđajuće čelične cijevi debljine 3–8 mm. Za deblje presjeke (10–15 mm), laserski rez za sječenje vlakana snage 4 kW pri brzini 0,8–1,2 m/min osigurava rezultate bez natopljenosti i minimalnu toplinsku deformaciju. Ovi parametri omogućuju visoku ponovljivost u automatiziranim proizvodnim okolinama.
Relativno nizak udio ugljika u mekom čeliku (manje od 0,3%) znači da se on brzo isparuje kada se zagrije na otprilike 1.500 stupnjeva Celzijevih. Ova svojstva čine meki čelik posebno prikladnim za primjene rezanja vlaknastim laserima. Standardnim laserskim sustavom snage 6 kW, operateri mogu rezati cijevi od mekog čelika debljine 20 mm velikim brzinama koje dostižu otprilike 2,5 metara u minuti. Rezovi daju gotovo okomite rubove s minimalnim kutnim odstupanjem (otprilike plus ili minus pola stupnja), što je odlična vijest za zavarivače koji ne moraju trošiti dodatno vrijeme na doradi nakon rezanja. Gledajući financijsku stranu stvari, ovi laserski sustavi također nude značajne uštede. Podaci iz industrije iz FMA 2023. pokazuju da se troškovi rada smanjuju otprilike za 23% kada se pređe s tradicionalnih metoda plazma rezanja.
Za cijevi od ugljičnog čelika debljih od 25 mm, impulsni laserski režimi (1–2 kHz) pomažu u kontroli ulazne topline i sprječavaju deformaciju. Korištenje smjesa pomoćnih plinova na bazi kisika poboljšava uklanjanje troske, smanjujući ostatak za 40% kod dijelova debljine 30 mm. To osigurava dimenzionalnu točnost za strukturne komponente u građevinarstvu i teškoj mehanizaciji.
Dobavljač automobilske opreme razine 1 uveo je 3D lasersko rezanje cijevi za proizvodnju 5.000 cijevi za ubrizgavanje goriva dnevno s dimenzionalnom točnošću od 99,7%. Isti sustav postigao je ponovljivost od 0,12 mm na hidrauličkim nosačima od nehrđajućeg čelika SS304, smanjujući vrijeme naknadne obrade za 62% u usporedbi s konvencionalnim metodama obrade.
Aluminij dobro reflektira svjetlost, zapravo oko 90% na tim tipičnim valnim duljinama lasera s kojima radimo, a gubi toplinu i prilično brzo. Ova svojstva čine ga teškim za dosljedno apsorbiranje energije lasera tijekom procesa. Što se događa nakon toga? Pa, talina se širi svugdje i žlijeb na kraju izgleda nejednako, pogotovo kada je riječ o tankostijenim cijevima koje su uobičajene u proizvodnji. Vodljivost topline još je jedan izazov ovdje, s obzirom da aluminij vodi toplinu otprilike pet puta bolje nego nehrđajući čelik. Zbog toga, operateri moraju vrlo pažljivo prilagoditi parametre ako žele čiste reze bez onog dosadnog nataloženog šljake koju nitko ne želi uklanjati nakon toga.
Korištenje dušika kao pomoćnog plina smanjuje oksidaciju do 70% u usporedbi s kisikom. Kombiniranje ovoga s načinima laserskog impulsa visoke frekvencije (≥2000 Hz) i optimiziranim razmakom mlaznica (0,8–1,2 mm) poboljšava glatkoću rubova za 25%. Ove prilagodbe su ključne za postizanje čistih površina spremnih za zavarivanje u visokovrijednim primjenama.
Proizvođač je proveo nekoliko testova još 2023. godine gdje su postigli preciznost od oko plus-minus 0,05 milimetara pri izradi ladica za baterije električnih vozila pomoću 6 kilovatnog sustava s laserskim vlaknima. Također, primijetili su nešto zanimljivo kod rezanja cijevi od aluminija serije 6xxx – praćenjem promjena temperature tijekom procesa, uspjeli su drastično smanjiti otpad, s otprilike 12 posto na samo malo više od 3 posto. Prema nedavnim studijama objavljenim u časopisima poput Journal of Materials Processing Technology, očito je došlo do pomaka prema većoj upotrebi aluminija kako bi se vozila učinila lakšima. Proizvođači električnih automobila sada zamjenjuju otprilike četrdeset posto dijelova koji su ranije bili od čelika, specijalno izrezanim komadima aluminija.
Vlaknasti laseri sada dominiraju rezanjem aluminijevih cijevi, čineći 68% instalacija globalno. Njihova valna duljina od 1,08 μm nudi bolju apsorpciju u odnosu na CO₂ laser, omogućujući brzine rezanja od 1,2–1,8 m/min na 8 mm aluminiju s rezultatima bez natopljenosti. Ova performansa potiče prihvaćanje u sektorima grijanja, hlađenja, prijevoza i obnovljivih izvora energije.
Kada se radi s bakrom i mesingom, oni teže da odbiju oko 95% laserske energije na tim infracrvenim valnim duljinama, prema nekim nedavnim istraživanjima Instituta za lasersku obradu iz 2023. godine. Ova refleksija stvara stvarne probleme za optičke dijelove i čini održavanje stabilnih uvjeta obrade prilično zahtjevnim. Mesing dodaje još jedan sloj poteškoća jer se pri rezanju cinkova komponenta teži isparavanju, što dovodi do neujednačenih rezova s nejednakim rubovima, a ponekad čak i do formiranja sitnih rupa u materijalu. Kako bi se zaobišli ovi problemi, većina stručnjaka se oslanja na impulsne laserske postavke kombinirane s dušikovim plinom. Impulsi pomažu u boljoj kontroli topljenja, dok dušik sprječava oksidaciju, čime se cijeli proces rezanja čini predvidivijim i pouzdanijim za proizvođače koji rade s ovim zahtjevnim metalima.
Danas laserskim rezanjem s vlaknima moguće je rezati čiste bakrene ploče debljine do 3 mm kada rade s snagom od 1 kW ili više, postižući točnost od oko 0,1 mm zahvaljujući naprednijoj kontroli snopa. No, postoji jedna važna mana: ovakvo rezanje traje otprilike 30 do 40 posto dulje u usporedbi s radom s čeličnim materijalima, jer bakar izuzetno učinkovito vodi toplinu. Mogućnost takvog rezanja omogućuje valna duljina lasera od 1,08 mikrometara, koju bakar apsorbira otprilike 22 posto, što je gotovo tri puta bolje u odnosu na tradicionalne CO2 lasere. Ovaj napredak omogućio je proizvodnju delikatnih komponenti poput električnih cijevi s tankim stijenkama i specijaliziranih sustava za izmjenu topline gdje je preciznost ključna.
Tri dokazana pristupa poboljšavaju obradu bakra i mesinga:
Ove metode smanjuju stvaranje mulja za 62% i održavaju brzine rezanja do 20 m/min na cijevima od crvenog bakra debljine 2 mm.
Potražnja za preciznim dijelovima od crvenog bakra porasla je za gotovo polovicu, prema najnovijem Globalnom industrijskom istraživanju rezanja iz 2023. godine, ali i dalje postoje prilično značajne tehničke prepreke koje treba prevladati. Postizanje vrlo strogih tolerancija ispod 0,2 mm koje su potrebne za stvari poput dekorativnih obruba, brodskih pribora i medicinske opreme jednostavno nije lako ostvariti pomoću uobičajenih sustava za rezanje. Naravno, laserski sustavi s vlaknima snage 6 kW mogu rukovati s crvenim bakrom debljine 8 mm s točnošću od oko 0,25 stupnjeva, ali rad takvih strojeva košta otprilike 180 američkih dolara po satu. Takva cijena znači da većina tvrtki koristi ove strojeve samo kada je apsolutno nužno, najčešće za skupu zrakoplovnu industriju ili specijaliziranu instrumentaciju gdje stvarno važi takva ekstremna preciznost.
Savremeni laserski uređaji za rezanje cijevi pokazuju različite performanse na ključnim materijalima:
| Materijal | Maksimalna debljina (vlaknasti laser) | Kvaliteta reza | Ključni uzeci |
|---|---|---|---|
| Nehrđajući čelik | 25 mm | Izvrsno | Potreban asistentni plin dušik |
| Blagi čelik | 30 mm | Visoka preciznost | Najbolji rezultat uz kisik kao asistentni plin |
| Aluminij | 15 mm | Dobar | Preporučuju se antirefleksne prevlake |
| Bakar | 6 MM | Umerena | Laserski uređaji visoke snage (>6 kW) su prikladniji |
| Mjed | 12 mm | Jednoličan | Prilagodba frekvencije impulsa je kritična |
Neoxidirajući i meki čelici ostaju najpogodniji za lasersko rezanje, postižući tolerancije manje od ±0,1 mm. Aluminiju je potrebna brzina rezanja za 30% veća u odnosu na čelik kako bi se spriječilo kapljenje, dok bakar zbog svoje refleksije daje lošije rezultate – samo 42% proizvođača izvješćuje o pouzdanim rezultatima kod čistog bakra, prema istraživanjima iz 2023.
Zrakoplovna i medicinska sektora sve više koriste laserske zrake za rezanje titanijevih cijevi debljine do 10 mm. Učinkovita obrada zahtijeva:
Legure na bazi nikla poput Inconela imaju rast od 19% godišnje u primjeni laserskog rezanja, posebno za komponente izduvnog sustava otporne na visoke temperature do 1200°C.
Četiri faktora određuju optimalne postavke lasera:
Operatori bi trebali izvršiti testne rezove prilikom rada s novim slitinama, jer čak i varijacija od 0,5% u sastavu može promijeniti brzinu rezanja za 12–15%.
Laserno rezanje ovisi o tome kako materijali apsorbiraju i šire energiju. Metali poput nehrđajućeg čelika i aluminija imaju različita termalna svojstva koja utječu na njihovu reakciju na laserno rezanje.
Fiberni laseri nude veću brzinu i učinkovitost u usporedbi s CO2 laserima, posebno za cijevi tankih stijenki, zahvaljujući svojoj kraćoj valnoj duljini i boljoj apsorpciji energije.
Fiberni laseri mogu rezati bakar i mesing uz određene prilagodbe poput impulsnih postavki lasera, ali zahtijevaju više energije i vremena u usporedbi s mekanijim metalima.
Pomoćni plinovi poput dušika i kisika koriste se za poboljšanje kvalitete reza, prevenciju oksidacije i povećanje učinkovitosti, ovisno o materijalu.
Da, vlaknasti laseri sve više se koriste za rezanje aluminija zbog svoje učinkovitosti, iako su potrebne prilagodbe zbog aluminijeve refleksije i toplinske vodljivosti.
Vruće vijesti
RT Laser je nacionalno priznato visokotehnološko poduzeće specijalizirano za istraživanje, razvoj, proizvodnju i prodaju laserske opreme. Naši osnovni proizvodi uključuju strojeve za lasersko rezanje vlakana, ručne laserske strojeve za zavarivanje i strojeve za savijanje.
Broj 6-8, Binhe industrijski park, Jiyang distrikt, grad Jinan, provincija Shandong, Kina.
Autorsko pravo © 2025 by RAYTU LASER Technology Co.,Ltd. Politika privatnosti
EN
