
Ლაზერული დაჭრის ეფექტურობა მართლაც დამოკიდებულია მასალების ენერგიის შთანთქმისა და გავრცელების ხერხზე. მეტალების შემთხვევაში, მაგალითად, ნაღდი ფოლადი და ალუმინი სრულიად განსხვავებულად იქცევიან, რადგან მათი თერმული თვისებები სრულიად ერთნაირი არ არის. ნაღდი ფოლადი ცუდად გადასცემს სითბოს, დაახლოებით 15 ვტ/მკ, რაც იმას ნიშნავს, რომ სითბო ერთ ადგილას იკუმულება. ალუმინის შემთხვევაში სიტუაცია სხვაგვარია, მისი გაცილებით მაღალი გამტარობით, დაახლოებით 205 ვტ/მკ, ასე რომ სითბო სწრაფად ვრცელდება და მუდმივი დნობა მიღება რთულია. სრულიად განსხვავებულია საუბარი სპილენძზე. 1 მიკრონი ტალღის სიგრძის შემთხვევაში, სპილენძი თითქმის მთელ სხივს უკან ატაცებს, ზუსტად რომ ვთქვათ 95%. ასეთი არეკვლის პრობლემა ლაზერული სხივის სერიოზულ კორექტირებას richis საჭიროებს, რომ მივიღოთ სტაბილური ჭრის პროცესი. თანამედროვე ბოჭკოვანი ლაზერების შემთხვევაში, ისინი ფოლადის ენერგიის თითქმის მთელი რაოდენობა შთანთქავენ, დაახლოებით 99% შთანთქმა, მაგრამ სპილენძთან უფრო რთული ვითარდება სიტუაცია, სადაც შთანთქმა მხოლოდ 60-70%-მდე მცირდება. ამიტომ სპილენძის დასამუშავებლად ხშირად სპეციალური მეთოდებისა და მოწყობილობების გამოყენება სჭირდება.
Მაშინ როდესაც დაჭრის საუბარი მიდის ნაღდ და მსუბუქ ფოლადზე, ბოჭკოვანი ლაზერები გაცილებით უკეთესად უმჯობინებენ CO2 სისტემებს, განსაკუთრებით თუ საქმე გვაქვს თხელკედლიან მილებთან, სადაც ისინი 30%-ით სწრაფად ჭრიან. რატომ? იმიტომ რომ ბოჭკოვანი ლაზერები მუშაობენ გაცილებით მოკლე ტალღაზე, დაახლოებით 1.08 მიკრონზე, რომელიც უკეთ შთანთქმეულია მეტალების მიერ, როგორიცაა ფოლადი, ამიტომ ენერგიის ნაკლები დანახარჯი ხდება და ციკლის ხანგრძლივობა შესაბამისად მოკლდება. მეორე მხრივ, CO2 ლაზერებს გააჩნია გრძელი ტალღები 10.6 მიკრონზე, რომლებიც უმჯობინებენ გარკვეულ სამუშაოებში. ისინი ნაკლებად აისახებიან როდესაც არარკინის მეტალების, მაგალითად შავ ლაინის დაჭრის დროს, ამიტომ მწარმოებლები კვლავ ეყრდნობიან მათ კონკრეტულ სამუშაოებში, სადაც მთავარია სტაბილურობა. აირავით 2023 წელს აეროკოსმოსური სექტორიდან მოვიდნენ ბოჭკოვანი ლაზერების გამოყენების შესახებ რიცხვები, რომლის მიხედვითაც ფოლადის დაჭრის ხარჯები შემცირდა დაახლოებით 18.50 დოლარით მეტრზე ტრადიციული CO2 სისტემების შედარებით. ამ დანაზოგის უმეტესობა მოხდა დამხმარე აირის ნაკლები საჭიროების გამო და ელექტრო მოწყობილობების უკეთ ეფექტურობის გამო.
Სამი ცვლადი განსაკუთრებით მოქმედებს დაჭრის ხარისხზე:
Ნახშირორჟანგიანი ფოლადის შემთხვევაში აირის წნევის შენარჩუნება 1.2–1.5 ბარ არის აუცილებელი ნატრიფის წარმოქმნის თავიდან ასაცილებლად და დაჭრის ხარისხის სტაბილურობის უზრუნველსაყოფად.
Ნაღდი და მსუბუქი ფოლადი წარმოადგენს ინდუსტრიული მილის ლაზერული დაჭრის გამოყენების 65%-ზე მეტს (IMTS 2023), რადგან ისინი გამძლეობით, შედუღების შესაძლებლობით და ლაზერული ენერგიის მიმართ სამუშაოდ გამართულია. ამ მასალების დამუშავება შესაძლებელია 0,5 მმ-დან 25 მმ-მდე სისქით მცირე სითბოზე დამოკიდებული ზონებით, რაც ზუსტი წარმოებისთვის ხდის მათ იდეალურს.
Აუსტენიტური ოჯახის გამაგრებული ფოლადის ნიმუშები, როგორიცაა 304 და 316, ხშირად გამოიყენება, ვინაიდან ისინი შეიცავს დაახლოებით 18-დან 20 პროცენტამდე ქრომს, რაც უზრუნველყოფს მათ მაღალ ხარისხიან დაცვას იატაკისა და ქიმიური ზიანისგან. ასეთი მასალების დაჭრის შემთხვევაში, თანამედროვე მანათობის ლაზერული ტექნოლოგიები საშუალებას გვაძლევს მივიღოთ ძალიან ზუსტი ჭრის პარამეტრები. ვლაგრძებით 0.1 მილიმეტრამდე და ზომიერი სიზუსტით პლუს ან მინუს 0.05 მმ, მიუხედავად იმისა, რომ მილების სისქე 15 მმ-ია. სამედიცინო მოწყობილობების დამზადებულები და საკვებ მრეწველობის მილების დამამზადებლები სწორედ ასეთი სიზუსტის საჭიროებას აქვთ. მათი პროდუქტები საჭიროებს სრულიად გლუვ ზედაპირებს უხეში კიდეებისა და ბურების გარეშე, რაც მხოლოდ დახვეწილი ლაზერული სისტემების მუდმივი მიწოდების შემთხვევაშია შესაძლებელი წარმოების სერიებზე.
Ჟანგის არ არსებობის დასაუშვებლად რეკომენდებულია 3–8 მმ განიერი საშუალების აზოტის ასისტენტის გამოყენება 12–16 ბარ-ში. უფრო სქელი სექციებისთვის (10–15 მმ), 4 კვტ ბოჭკოვანი ლაზერის გამოყენება 0.8–1.2 მ/წთ უზრუნველყოფს დროსის არ არსებობას და თერმული დისტორსიის მინიმიზებას. ეს პარამეტრები უზრუნველყოფს მაღალ ხელმისაწვდომობას ავტომატური წარმოების გარემოში.
Ნაკლები ნახშირბადის შემცველობა მსუბუქ ფოლადში (0.3%-ზე ნაკლები) გულისხმობს მის სწრაფ აორთქლებას, როდესაც ის ინახება დაახლოებით 1,500 გრადუს ცელსიუსზე. ეს თვისება ხდის მსუბუქ ფოლადს განსაკუთრებით მოწესრიგებულს ბოჭკოვანი ლაზერის მოწყობილობების გამოყენებისთვის. სტანდარტული 6 კვტ ლაზერული სისტემით, მომხმარებლები შეძლებენ მსუბუქი ფოლადის მილების დაჭრას 20 მმ სისქის მაჩვენებლით დაახლოებით 2.5 მეტრი წუთში სიჩქარით. ჭრის სინათლე ქმნის თითქმის ვერტიკალურ წაკეტებს მინიმალური კუთხით გადახრით (დაახლოებით ნახევარი გრადუსით დადებით ან უარყოფით), რაც არის კარგი ამბავი შემხვედრი მოვლენებისთვის, ვინც არ სურს დამატებითი დრო დახარჯოს ჭრის შემდგომი დასრულებაზე. საბოლოოდ, ეს ლაზერული სისტემები ასევე გვთავაზობს მნიშვნულ დაზოგვას. FMA 2023 წელზე დაფუძნებული ინდუსტრიული მონაცემები აჩვენებს ექსპლუატაციის ხარჯების დაახლოებით 23%-იან შემცირებას ტრადიციული პლაზმური ჭრის მეთოდიდან გადასვლისას.
Ნახშიროვანი ფოლადის მილებისთვის, რომლებიც 25 მმ-ზე მეტ სისქეს წარმოადგენენ, პულსური ლაზერის რეჟიმები (1–2 კჰც) ხელს უწყობს სითბოს შეყვანაში კონტროლს და არიდებს დეფორმაციას. ჟანგბადზე დამყარებული დამხმარე აირების ნარევების გამოყენება აუმჯობესებს ლაბის გადევნას, ამცირებს ნაშთებს 40%-ით 30 მმ სექციებში. ეს უზრუნველყოფს ზომის სიზუსტეს სამშენ მასალებისა და მძიმე მანქანების სტრუქტურული კომპონენტებისთვის.
Tier 1 ავტომომსახურების მიმწოდებელმა 3D მილის ლაზერული ჭრის სისტემა გამოიყენა დღიური 5000 საწვავის გასაშვები მილების წარმოსაქმნად 99.7% ზომის სიზუსტით. იგივე სისტემამ მიაღწია 0.12 მმ განმეორებადობას SS304 თვითმფრინავის ჰიდრავლიკური საყრდენების ჭრისას, ამცირა დამატებითი დამუშავების დრო 62%-ით პირობრივი მექანიკური დამუშავების მეთოდებთან შედარებით.

Ალუმინი მართლაც კარგად აისახებს სინათლეს, დაახლოებით 90%-ს იმ ტიპიურ ლაზერულ ტალღებში, რომლებთან ვმუშაობთ ჩვენ და სითბოს დაკარგვაც სწრაფად ხდება. ეს თვისებები ხდის ლაზერის ენერგიის მუდმივად შთანთქმას მამაც საქმეს დამუშავების დროს. რა ხდება შემდეგ? კარგით, გადნების ადგილი ყველგან გადადის და გაჭრის ბოლოები არათანაბარი გამოდის, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც ვხებულობთ იმ თხელკედლიან მილებს, რომლებიც მანქანაში ხშირად გვხვდება. სითბოს გამტარობა ასევე საინტერესო საკითხია, ვინაიდან ალუმინი სითბოს ხუთჯერ უკეთ გაატარებს, ვიდრე ნახშირბადის ფოლადი. ამიტომ, მომხმარებლებმა ძალიან ფრთხილად უნდა შეადარონ პარამეტრები, თუ სუფთა ჭრის მიღება სურთ იმ არასასიამოვნო დაბლა დაგროვების გარეშე, რომელთან შემდეგ ვერ გინდა გაქვთ საქმე.
Აზოტის გამოყენება დამხმარე აირის სახით ამცირებს ოქსიდაციას ჟანგბადთან შედარებით 70%-მდე. ამის კომბინირება მაღალი სიხშირის პულსურ ლაზერულ რეჟიმებთან (≥2,000 ჰც) და გაუმჯობესებულ ნოზლის აირის დაშორებასთან (0.8–1.2 მმ) აუმჯობესებს გაჭრის უკიდურეს წერტილთა სიგლუვეს 25%-ით. ასეთი გარდაქმნები აუცილებელია წინა ნაკეთობების მისაღებად მაღალი ხარისხის აპლიკაციებში.
2023 წელს ერთ-ერთმა მწარმოებელმა ჩაატარა ტესტები, რომლის დროსაც მიიღო დაახლოებით პლუს ან მინუს 0,05 მილიმეტრის სიზუსტე ელექტრომობილის აკუმულატორის ყუთების დამზადებისას მათი 6 კილოვატიანი ნახშირბადის ლაზერის სისტემის გამოყენებით. ისინი ასევე შეამჩნიეს რაღაც საინტერესო იმასთან დაკავშირებით, როდესაც იკვეთებოდნენ 6xxx სერიის ალუმინის მილები - ტემპერატურის ცვლილებების დაკვირვებით ისინი მნიშვნელოვნად შეამცირეს დანახარჯი, დაახლოებით 12 პროცენტიდან დაშვებული 3 პროცენტამდე. ბოლო კვლევების მიხედვით, რომლებიც გამოქვეყნდა მაგალითად მასალების დამუშავების ტექნოლოგიის ჟურნალში, ალუმინის გამოყენებაში მანქანების მსუბუქების მიმართულებით ნამდვილად მოხდა გადაადგილება. ელექტრომობილების მწარმოებლები ახლა უკვე ცვლიან დაახლოებით მეორმოცდაათ პროცენტ იმ ნაწილებისა, რომლებიც ადრე მარტივი ფოლადისგან იყო დამზადებული, ამ სპეციალურად დაკვეთილი ალუმინის ნაწილებით.
Ბოჭკოვანი ლაზერები ახლა უფრო მაღალ და საშუალო მილების დაჭრის სეგმენტში, რომელიც მსოფლიოში ინსტალაციების 68%-ს უზრუნველყოფს. მათი 1,08 მიკრონული ტალღის სიგრძე უკეთ შთანთქავს CO₂ ლაზერებს ვიდრე ალუმინის 8 მმ გასაჭრელად სიჩქარით 1,2–1,8 მ/წთ უარყოფითი შედეგების გარეშე. ეს შესრულება იწვევს მიღებას HVAC, ტრანსპორტისა და აღდგენითი ენერგიის სექტორებში.
Ბევრი ახალი კვლევის მიხედვით, ლაზერული გამუშავების ინსტიტუტის 2023 წელზე დამყარებული ცნობების მიხედვით, როდესაც ვმუშაობთ სპილენძისა და ლათუნის მასალებთან, ისინი ატრიალებენ დაახლოებით 95% ლაზერულ ენერგიას ინფრაწითელი ტალღის სიგრძეზე. ეს ასახვა ქმნის რეალურ პრობლემებს ოპტიკური კომპონენტებისთვის და ხდის გადამუშავების პირობების მდგრადად შენარჩუნებას საკმაოდ რთულს. ლათუნი უფრო მეტ რთულებას უმატებს, რადგან როდესაც ხდება მისი დაჭრა, ცინკის კომპონენტი ხდება აორთქლებული, რაც იწვევს არათანმიმდევრულ ჭრის, გაუთანაბრო კიდეებს და ზოგჯერ მასალაში წარმოქმნის მცირე ხვრელებს. ასეთი სირთულეების ასარიდებლად, უმეტესი პროფესიონალი ყვება პულსური ლაზერის პარამეტრებზე და აზოტის აირის დამხმარე გამოყენებაზე. პულსები უმჯობეს მოხმარებას უზრუნველყოფს დნობის კონტროლს, ხოლო აზოტი ხელს უშლის ოქსიდაციას, რაც მთელ ჭრის პროცესს უფრო პროგნოზირებადსა და სანდოდ ხდის მწარმოებლებისთვის, რომლებიც ამ რთული ლითონებით მუშაობენ.
Ბოლო დროს ნაკლებად მაინც 3 მმ სისქის მქონე საუბრის დაჭრა 1 კვტ ან მასზე მაღალი სიმძლავრის მქონე მანანის ლაზერებით ხორციელდება, რაც სიზუსტეს 0.1 მმ-ით უზრუნველყოფს უკეთესი საუბნის კონტროლის ტექნოლოგიის წყალობით. თუმცა, აქ არსებობს ერთი გარემოება, რომელიც მნიშვნელოვანია: სპილენძის დაჭრა საუბნის დამუშავებაზე 30-40% გრძელდება, რადგან სპილენძი სითბოს ძალიან ეფექტურად გაასავლებს. ეს შესაძლებელია ლაზერის 1,08 მიკრონული ტალღის სიგრძის გამო, რომელიც სპილენძის მიერ დაახლოებით 22%-ით იწვევს დამახსოვრებას, რაც სამჯერ უკეთესია ტრადიციული CO2 ლაზერებთან შედარებით. ეს გაუმჯობესება საშუალებას იძლევა წარმოება მოხდეს ზუსტი კომპონენტების, როგორიცაა ელექტრო გზები თხელი კედლებით და სპეციალური გაცივების სისტემები, სადაც ზუსტობა ყველაზე მნიშვნელოვანია.
Სამი დამტკიცებული მიდგომა აუმჯობესებს სპილენძის და ლათუნის დამუშავებას:
Ეს მეთოდები შეამცირებენ ნარჩენების წარმოქმნას 62%-ით და შეძლებენ ჭრის სიჩქარის შენარჩუნებას 20 მ/წმ-მდე 2 მმ სპილენძის მილებზე
Სპილენძის ზუსტი ნაწილების მოთხოვნა თითქმის ნახევრით გაიზარდა 2023 წლის ბოლო გლობალური ინდუსტრიული ჭრის გამოკითხვის მიხედვით, თუმცა კვლავ არსებობს რამდენიმე საკმარისად დიდი ტექნიკური ბარიერი, რომელიც უნდა გადალახულ იქნას. მიღწეული იქნას საჭირო ზუსტი დაშვებები 0.2 მმ-ზე ნაკლები, რომელიც საჭიროა დეკორატიული გამაგრებისთვის, საზღვაო მოწყობილობებისთვის და სამედიცინო აღჭურვილობისთვის, რაც ხშირად არ ხდება ჩვეულებრივი ჭრის სისტემებით. 6 კვტ ბოჭკოვანი ლაზერები შეძლებენ 8 მმ სპილენძის დამუშავებას დაახლოებით 0.25 გრადუსის სიზუსტით, მაგრამ ასეთი მანქანის გამოყენების საათში დაახლოებით 180 დოლარი ჯდება. ასეთი ფასის ჩანაწერი ნიშნავს, რომ უმეტესი კომპანიები მხოლოდ საჭიროების შემთხვევაში იყენებენ მას, როგორც წესი, გატარებულია ძვირად ღირებულ აეროკოსმოსურ აპლიკაციებში ან სპეციალიზებულ ინსტრუმენტულ ტექნიკაში, სადაც ასეთი ზუსტი მუშაობა მნიშვნელოვანია.
Ახალგაზრდული მილის ლაზერული დაჭრის მანქანები სხვადასხვა შესრულებას გვთავაზობს გასაღები მასალების სიმრავლით:
| Მასალა | Მაქსიმალური სისქე (ბოჭკოვანი ლაზერი) | Დაჭრის ხარისხი | Ძირითადი საკითხები |
|---|---|---|---|
| Უჟანგავი ფოლადი | 25 მმ | Excellent | Საჭიროებს აზოტის დამხმარე აირს |
| Მირადი ფერო | 30 მმ | Მაღალი სიზუსტით | Სრულყოფილია ჟანგბადის დამხმარე აირით |
| Ალუმინი | 15 მმ | Კარგი | Რეკომენდებულია ანტირეფლექსიური საფარი |
| Სპილენძი | 6 მმ | Ზომიერი | Მაღალი სიმძლავრის ლაზერები (>6 კვტ) სასურველია |
| Ბრაზი | 12 მმ | Ერთმანეთს ერთიანი | Პულსური სიხშირის გამართვა მნიშვნელოვანია |
Დამაგრებული და მსუბუქი ფოლადი ყველაზე მეტად ლაზერის საშუალებით დამუშავების საშუალებას იძლევა, რაც მუდმივად ახერხებს დაშვებებს ±0,1 მმ-ზე ნაკლებს. ალუმინის დამუშავებისთვის საჭიროა ფოლადის მოჭრის სიჩქარეზე 30%-ით მეტი სიჩქარე დროსის თავიდან ასაცილებლად, ხოლო სპილენძის ასახვა შეზღუდულია — მხოლოდ 42% მწარმოებელი აღნიშნავს სანდო შედეგებს სუფთა სპილენძის შემთხვევაში, როგორც 2023 წელს გამოქვეყნებული დამუშავების გამოკვლევები აჩვენებს.
Აეროკოსმოსურ და მედიკალურ სექტორებში ფიბრის ლაზერების გამოყენება იზრდება ტიტანის მილების დასაჭრელად 10 მმ სისქის ჩათვლით. ეფექტური დამუშავება მოითხოვს:
Ნიკელზე დამყარებული ზეშენადნობები, როგორიცაა Inconel, ლაზერის დაჭრის აღებაში 19% წელზე გაზრდას ასახავს, განსაკუთრებით მაღალი ტემპერატურის გამოშვების კომპონენტების დამუშავებისთვის, რომელთა მარადიულობა 1200°C-მდე აღწევს.
Ოთხი ფაქტორი განსაზღვრავს საუკეთესო ლაზერულ პარამეტრებს:
Ოპერატორებმა უნდა შეასრულონ საცდელი ჭრები ახალი შენადნობების გამოყენებისას, რადგან შენადნობის შემადგენლობაში 0.5% ცვლილებაც კი შესაძლოა გამოიწვიოს ჭრის სიჩქარის 12–15%-იანი ცვლილება.
Ლაზერული ჭრის პროცესი დამოკიდებულია იმაზე, თუ როგორ შთანთქავს მასალა და გაანაწილებს ენერგიას. ლითონები, როგორიცაა ნержავდებული ფოლადი და ალუმინი, განსხვავდებიან თერმოდინამიკური თვისებებით, რამაც შეიძლება გავლენა მოახდინოს ლაზერული ჭრის პროცესზე.
Ბრტყელი მილების დასაჭრელად ბოჭკოვანი ლაზერები უზრუნველყოფენ უმჯობეს სიჩქარესა და ეფექტურობას CO2 ლაზერებთან შედარებით, განსაკუთრებით თხელი კედლის მილების შემთხვევაში, ამასთან მათ ახასიათებთ მოკლე ტალღის სიგრძე და უკეთ შთანთქმის შესაძლებლობა.
Ბოჭკოვანი ლაზერები შეიძლება გაჭრას სპილენძი და ლათუნი გარკვეული კორექტირებით, როგორიცაა პულსური ლაზერის პარამეტრები, თუმცა მათ სჭირდებათ მეტი სიმძლავრე და დრო მკვრივი ლითონების შედარებით.
Აირები, როგორიცაა აზოტი და ჟანგბადი, გამოიყენება დაჭრის ხარისხის გასაუმჯობესებლად, ჟანგვის თავიდან ასაცილებლად და ეფექტურობის გასაზრდელად მასალის გათვალისწინებით.
Დიახ, ბოჭკოვანი ლაზერები უფრო ხშირად გამოიყენება ალუმინის დასაჭრელად მათი ეფექტურობის გამო, თუმცა საჭიროა გარკვეული კორექტირება ალუმინის არეკვლის და თერმული გამტარუნარიანობის გამო.
Გამარჯვებული ახალიები