Орчин үеийн хоолойн лазер хайчлах машинууд нь зургаан үндсэн металлыг үр дүнтэй боловсруулдаг: нүүрстөрөгчтэй төмөр, цэвэр төмөр, алум, хүрэл, зэс, титан. Эдгээр материалууд нь индустрийн лазераар хайчилсан хоолойн хэрэглээний 85%-иас дээш хувийг эзэлдэг бөгөөд шилэн кабель ашигладаг лазерийн системүүд нь долгионы уртны тохиромжтой байдал, нарийвчлалынх нь байдалтай холбоотойгоор тодорхой илүү үр дүнтэй байдаг.
Зэвэрдэггүй сталийн зэврэлтэнд тэсвэрт чанар нь түүнийг далайн бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд тохиромжтой болгодог бөгөөд алюминийн хөнгөн жин нь агаарын болон онгоцны эд ангиудыг үйлдвэрлэхэд өргөн ашиглагддаг. Зэсний дулаан дамжуулах чадвар нь HVAC системийн үйлдвэрлэлийг дэмждэг бөгөөд үүнийг үйлдвэрийн нийгэмлэгийн үр ашгийн судалгаанд харуулсан. Эрүүл мэндийн шахмал үйлдвэрлэлд доминант байр эзэлдэг хүч-жишиг харьцаагаараа алдаршсан титан хоолой.
Шилэн ширхэгийн лазер нь нүүрстөрөгчтэй ган шиг харьцахгүй металл түүнд маш сайн шингээдэг 1,064 нм долгионы урт ашигладаг. Харин алюминийн хайлш, зэс шиг харьцах чанартай металлуудын хувьд импульст лазерын горим болон азотын тусламжит хийг ашиглан энергийн харилцааг багасгаж, тогтвортой огтлолын чанарыг хангана.
Өндөр тусгалын металл огтлохын тулд цацрагийн буцалтыг саатуулахын тулд нарийвчилсан фокусын тохируулга болон тусламжлага шингэний нийлүүлэлтийг сайжруулах шаардлагатай. 2024 оны Металл Боловсруулах Тайлангийн дагуу ирмэгийн бүтэн байдлыг хадгалах, исэлдэлтийг саатуулахын тулд цахилгаан эрчим хүчний тохиргоог ихэсгэх (3–6 кВт) ба огтлох хурдыг бууруулах (ихэвчлэн сталиас 20–40% удаан) хооронд тэнцвэрийг сахих шаардлагатай.
8 мм-ээс хатуургүй нүүрстөрөгчийн сталийн хоолойгоос хайлах үед, минутанд 3-5 метр хурдтайгаар хайхад ихэнх дэлгүүрүүд 2-3 кВт-ын ширхэг лазерыг сайн ажилладаг гэж үздэг. Гэхдээ борлуугаар илүү ялгаатай юм. Түүнд агуулагдах хромын төлөө борлуугийн хувьд чадлын нягт нэмэгдэх шаардлагатай. Иймээс 5 мм-10 мм зузаан ханатай хоолойг сайн чанартайгаар хайхын тулд, хэт их хайлж үлдэгдэл үлдээхгүйгээр 3-4 кВт-ын лазерийг ихэвчлэн ашигладаг. Мөн азотын тусламжит хийг мартаж болохгүй. Хийг 12-18 бар даралтанд ажиллуулах нь хайх явцад исэлдэлийг бууруулахад тусалдаг бөгөөд эдгээр төрлийн төмөрлөг материалд эцсийн бүтээгдэхүүний чанарт томоохон нөлөө үзүүлдэг.
6061-T6 шиг хайлаасуудын хувьд лазерын цахилгааныг 3-4 кВт-ийн хязгаарт ашиглаж, хайчлалтын хурдыг минутанд 1.5-3 метр хүртэл багасгах нь ихэвчлэн илүү сайн үр дүнтэй байдаг. Энэ нь зузаан ханатай хоолойнуудын хэт халах үед муруйх явцад хангалттай хөргөлттэй байлгахад тусалдаг. Харин зэсний хайласын хувьд асуудал илүү нарийн болдог, учир нь тэд лазерын гэрлийг эргэн ойлгодог. Ихэнх үйлчлэгчид 70-90 хувийн хэмжээтэй импульст лазерын тохиргоог амжилттай ашигладаг. 2024 оны The Fabricator-ын салбарын сүүлийн тайланг харвал, маш гайхамшигтай сайжруулалтууд гарч байна. Тэд 3 мм зэсний хаягийг хайчлах үед фокусын зайг үйлдвэрлэлтийн явцад динамик байдлаар тохируулах нь боловсруулалтын хугацааг дөнгөж дор хаяж дөрөвний нэгээр багасгадаг гэж дурдсан. Хэрэв үйлдвэрлэгчид үйлдвэрийн шугам дээрээ эдгээр аргачлалыг зөв хэрэгжүүлж чадвал энэ бол маш том амжилт юм.
304 зэвэрдэггүй болдогт лазерын хоолой таслагч машин (4 кВт) ашиглан хийсэн үйлдвэрийн туршилтын үр дүн:
6 мм-ийн хоолой :
12 мм-ийн хоолой :
Үр дүнгээс харахад материалын зузаан ихсэх тусам лазерын чадал нь хамааралтайгаар ихсэх шаардлагатай бөгөөд зузаан хоёр дахин нэмэгдэхэд энерги 33%-иар илүү шаардагдаж, хийн даралтыг нарийвчлан удирдах (20–25 баар) нь хайлангуяа металлыг илүү сайн шидэхэд тусалдаг.
Өнөөгийн цацрагийн лазер хайчлах тоног төхөөрөмж нь барилга, машин засал, барилгын дулаан ба хөргөлтийн системд өргөн ашигладаг дугуй, квадрат, тэгш өнцөгт хоолимог гэх мэт олон янзын хэлбэртэй ажилладаг. Дэлхийн хэмжээнд огтлогдож буй хоолимгийн дийлэнх хагас нь одоогоор ч мөн л дугуй хэлбэртэй боловч сүүлийн үед орчин үеийн архитектур болон тээврийн дэд бүтэцтэй холбоотойгоор илүү ихэвчлэн өнцгийн хэлбэрүүдийг ашиглаж эхэлсэн юм. Шинэ үеийн машинууд нь авто төвжиж барьдаг шангууд, тохируулагддаг роллерууд зэрэг онцлог шинж чанаруудтай бөгөөд тойрог хэлбэрээс ялгаатай хэлбэрүүдтэй ажиллах үед тогтвортой байдлыг хангаж өгдөг. Өнцгийн төмөр эсвэл С-хэлбэрийн каналуудыг боловсруулах үед хамгийн сайн үр дүнтэй арга бол хуучин хоёр цэгийн бариултын системийг хэрэглэхийн оронд дөрвөн бариулттай системийг ашиглах бөгөөд энэ нь боловсруулалтын явцад муруйх асуудлыг ойролцоогоор гуравны нэгээр бууруулдаг.
3 метр урттай хөнгөн цагаан хоолойнуудыг 9 метр урттай зэвэрдэггүй ган бүтээцэн хоолойнуудтай хамт хольж ажиллах үед уян хатан байдлыг хадгалах нь маш чухал болдог. Сүүлийн үеийн модуль лазерийн таслагчид нь тохируулагч шахуурга болон оюунлаг байршуулах программ хангамжийг багтаасан бөгөөд эдгээр машинууд нь янз бүрийн хэмжээтэй материал дээр ажиллах үед ч ойролцоогоор 89 хувийн материал ашиглалтанд хүрдэг. Эдгээр машинуудад зарим гайхалтай онцлогууд бас байдаг. Хурдан солигдох эргэх хэсгийг солих нь дөрвөн минутаас бага хугацаа шаарддаг бөгөөд шахах даралт нь ямар материал таслаж байгаагаас хамааран автоматаар 20-200 psi хооронд тохируулагдана. Мөн бүтнээрээ 360 градус эргэх боломжтой таслагч толгой нь суурилуулах хугацааг ойролцоогоор хагасын хэмжээгээр бууруулдаг. Хоёр тавилгын төвүүдийг ажиллуулах үйлдвэрүүд нь ихэвчлэн үйл ажиллагаагаа зогсолтгүй явуулдаг бөгөөд энэ нь сард тогтмол 15-аас дээш өөр өөр хоолойн хэлбэртэй ажилладаг тоног төхөөрөмжүүдийн хувьд ойролцоогоор 40 хувиар илүү сайн хөрөнгийн өгөөжийг бий болгодог.
6 кВт-ийн фибер лазерийн систем ашиглан нүүрстөрөгчийн болорыг ойролцоогоор 25 мм, харин цэвэр боодол болорыг ойролцоогоор 20 мм зузаантайгаар хайчилж болно. Харин хөнгөн цагаан ба зэсний хайлшдын хувьд эдгээр материалууд нь ерөнхийдөө ойролцоогоор 15 мм-д хүрэхэд хязгаарлагддаг, учир нь тэд лазерын энерги-г болор шиг үр дүнтэй шингээдэггүй. Эдгээр металлыг хайчлахад болорыг хайчлахад шаардагдах чадлын нягттай харьцуулахад ойролцоогоор 30-аас магадгүй 50 хувийн илүү чадлын нягт шаардлагатай. Титан нь бүр өөр сорилттой юм. Хэдийгээр 12 мм зузаан хүртэлх титаныг хайчлах боломжтой ч, титан хайчлалтын явцад хурдан исэлддэг тул тусгай анхаарал хандуулах шаардлагатай. Үүнийгээр материалд гадаргуугийн хүсээгүй урвал үүсэхгүйгээр чанартай үр дүн гаргахын тулд бүх хугацаанд инерт хийгээр хамгаалах шаардлагатай.
0.5-3 мм зузаантай нарийн ханатай хөнгөн цагаан хэсгүүдийн хувьд агаарын нисэх онгоцны хэрэглээнд ±0.1 мм нарийвчлалд хүрэх нь маш чухал юм. Энэ түвшний нарийвчлал нь ихэвчлэн дулааныг удирдах, деформацийг сааруулахад тусалдаг импульст лазерын технологийг ашигласнаар олддог. 6-25 мм-ийн зузаан нүүрстөрөгчийн болон харь гарсан ган материалтай ажиллах үед анхаарлын төв хэсэг бага зэрэг өөрчлөгддөг. Ийнхүү ирмэгийн шулуун байдлыг хагас градусаас бага байлгах нь энд маш чухал болдог. Мөн мэдээж хэрэгтэй бүтээгдэхүүнд шлак үлдэхийг хэн ч хүсэхгүй. 12 мм-ийн ган хаягт ажиллах үед өндөр даралттай азотыг нэмэх нь ирмэгийн чанарыг ойролцоогоор 40 хувиар сайжруулдаг. Өөр нэгэн тэмдэглэх зүйл бол 20 мм-ийн ган хаягт 5 мм-ийн хөнгөн цагаанаас гурван дахин урт pre piercing dwell time (урвалын үргэлжлэх хугацаа) шаардлагатай байдаг нь эдгээр хоёр материалийн дулааны массын онцлогтой холбоотой юм.
Зөөлөн нүхлэх алгоритмууд нь хүрэлний хайлшийг нүхлэх хугацааг 55%-иар бууруулдаг. Хольсон савхан шингэний найрлагатай хольцыг ашиглан 15 мм-ийн хөнгөн цагаан дээр 25% илүү гладкийн ирмэг үүсгэдэг. Хоёр долгионы урттай лазер нь ойлгох металл дээр 0.8 мкм Ra гадаргуугийн төгсгөлд хүрч, цорын ганц горимын системээс 30% илүү сайн үр дүн өгдөг. Эдгээр инновациуд нь титаны эрүүл мэндийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн нэмэлт боловсруулалтын алхамуудыг 18%-иар бууруулсан.
2023 оны сүүлийн үеийн аж үйлдвэрийн стандартын дагуу, шанхай ба цайр зэрэг дамжуулагч металл дээр ажиллах үед шилэн лазер нь уламжлалт CO2 загваруудтай харьцуулахад ойролцоогоор 30 хувиар илүү энерги хэмнэдэг. Эдгээр лазерууд нь ойролцоогоор 25 мм зузаантай эсвэл түүнээс бага зузааны металл хавтгай дээр хамгийн сайн ажилладаг. Гэсэн хэдий ч цахилгаан дамжуулах чанартай материалд хандахад ихэнх мэргэжилтнүүд одоогийн байдлаар CO2 системийг л ашигладаг бөгөөд тэдгээр нь ийм нөхцөлд илүү сайн ажилладаг. Шинэ үеийн шилэн лазерын тоног төхөөрөмжүүд адаптив долгионы урт удирдлага гэж нэрлэгдэх зүйлтэй ирдэг. Энэ болон төмөр, хүрэл тайрах үед отражийн асуудлыг багасгахад тусалдаг онцлог юм. Энэ нь хуучин тоног төхөөрөмжтэй ажиллахад маш хэцүү байдаг.
Ангижлагч системүүд нь минутанд 120 метр хурдтайгаар таслагчийн нарийвчлалыг ±0.1 мм-д хүртэлх нарийвчлалтайгаар автомашин, агааржуулах системийн хоолойнуудыг таслаж, үргэлжлүүлэн үйлдвэрлэх боломжийг олгоно. AI технологийн зөөлөн програм хангамжийг ашиглан автоматаар ачаалах нь гар ажиллагаатай харьцуулахад материал хаягдах хэмжээг 18–22% бууруулна.
| Үйлдвэрлэл | Чухал шаардлагууд | Зөвлөгдөх лазерын онцлог шинж чанарууд |
|---|---|---|
| Автомашины салбар | Нарийн нугалалтын бэлтгэл (<0.2 мм нарийвчлал) | 3 кВт-аас дээш ширхэг ширхэг лазер, дүрсний системтэй |
| Барилга | Зузаан ханатай гангийн (8–25 мм) боловсруулалт | 6 кВт лазер, хийн тусламжит таслалттай |
| ХВАЦ | Нарийн ханатай материалын нарийн гурван хэмжээст дүрсүүд | 5 тэнхлэгтэй таслагчийн толгой, эргэх тэнхлэгтэй |
Бүтэц болон хөнгөн цагаан хийхэнд 25 мм-с дээш таслагч чадал бүхий, автоматаар шлак цэвэрлэх боломжтой машинуудыг эрхэмлэн ашигла. HVAC-ийн гэрээ байгуулсан ажилтан болон жижиг системүүд нь 60–150 мм диаметртэй хоолойнуудыг хурдан солих мандрельд тохиромжтой.
Хоолойн лазерийн таслагч машинууд нь нүүрстөрөгчтэй болон зэвэрдэггүй сталийг, хөнгөн цагаан, зэс, хүрэл, зэс, титан зэрэг материалыг боловсруулж чадна.
Шилэн кабел нь 1,064 нм долгионы урт ашигладаг бөгөөд харгалзах металлууд болох хөнгөн цагаан ба зэсийг энергийн хугарлыг хамгийн бага байлгахын тулд импульст лазерийн горим ба азотын тусламжит хийг ашиглан удирддаг.
6 кВт-ын шилэн кабелийн лазерийн систем ашиглан нүүрстөрөгчтэй сталийг ойролцоогоор 25 мм зузаан хүртэл тасалж чадна.
Дамжуулагч металл ашиглан ажиллах үед цахилгаан эдэлгээтэй CO2 загваруудтай харьцуулахад шилэн чийдэнт лазерийн төхөөрөмжүүд ихэвчлэн ойролцоогоор 30% илүү энерги хэмнэдэг бөгөөд зэс, хар тугалга шиг гэрлийг ойлгодог материалуудыг илүү сайн хэрэглэх боломжийг олгодог адаптив долгионы урттай удирдлагаар хангасан байдаг.
Халуун мэдээ