Účinnosť laserového rezu v skutočnosti závisí od toho, ako rôzne materiály pohlcujú a rozvádzajú energiu. Vezmime si kovy – nehrdzavejúca oceľ a hliník sa správajú celkom odlišne kvôli rozdielom v ich tepelných vlastnostiach. Nehrzdavá oceľ má nízku tepelnú vodivosť, približne 15 W/mK, čo znamená, že sa teplo v jednom mieste koncentruje. Hliník má úplne inú charakteristiku – vďaka oveľa vyššej vodivosti, približne 205 W/mK, sa teplo rýchlo rozvádza, čo sťažuje dosiahnutie rovnomerného tavenia. Meď je však úplne inou záležitosťou. Pri vlnovej dĺžke 1 mikrón meď odráža takmer všetok svetlo – presne 95 %. Tento problém s odrazivým povrchom si vyžaduje významné úpravy laserového lúča, ak chceme dosiahnuť stabilné rezy. Ak sa pozrieme na moderné vláknové lasery, tieto sú schopné pohltiť takmer všetku energiu pri reze ocele – až 99 %, no pri medi sa účinnosť radikálne zníži na 60–70 %. Preto musia dielne, ktoré pracujú s meďou, často používať špeciálne techniky a zariadenia, aby dosiahli kvalitný rez.
Keď ide o rezy nehrdzavejúcej a mäkkej ocele, vláknové lasery jednoducho výrazne prevyšujú CO2 systémy, najmä keď pracujú s tenkostennými rúrami, kde môžu rezať až o 30 % rýchlejšie. Dôvod? Vláknové lasery pracujú na oveľa kratšej vlnovej dĺžke okolo 1,08 mikróna, ktorá je kovmi ako oceľ lepšie pohlcovaná, čo znamená menej strát energie a výrazne kratšie cykly. Na druhej strane, CO2 lasery majú dlhšie vlnové dĺžky na úrovni 10,6 mikróna, ktoré môžu byť v niektorých prípadoch výhodnejšie. Pri reze neželezných kovov, ako je mosadz, sa menej odrážajú, a preto výrobcovia na ne stále spoliehajú pri úlohách, kde je na prvom mieste stabilita. Podľa údajov z odvetvia leteckého priemyslu z roku 2023, spoločnosti využívajúce vláknové lasery dosiahli v roku 2023 pokles nákladov na rezy nehrdzavejúcej ocele priemerne o 18,50 USD na meter v porovnaní s tradičnými CO2 systémami. Väčšina týchto úspor vznikla vďaka nižšej spotrebe asistenčného plynu počas prevádzky a zároveň vyššej energetickej účinnosti.
Tri premenné výrazne ovplyvňujú kvalitu rezu:
Pri uhlíkovej oceli je dôležité udržiavať tlak plynu medzi 1,2–1,5 bar aby sa predišlo tvorbe strusky a zabezpečila konzistentná kvalita rezu.
Nerezová oceľ a mäkká oceľ predstavujú viac ako 65 % priemyselných aplikácií pri laserovom rezaní rúr (IMTS 2023), čo je spôsobené ich optimálnym pomerom pevnosti, zvárateľnosti a reakcie na laserovú energiu. Tieto materiály je možné spracovávať v hrúbkach od 0,5 mm do 25 mm s minimálnymi tepelne ovplyvnenými zónami, čo ich činí ideálnymi pre vysokopresnú výrobu.
Nehrdzavejúce ocele, ako sú 304 a 316 z austenitnej skupiny, sa často používajú, pretože obsahujú približne 18 až 20 percent chrómu. To im poskytuje vynikajúcu ochranu proti korózii a chemickému poškodeniu. Pri rezaní týchto materiálov umožňuje dnešná vláknová laserová technológia dosiahnuť veľmi presné rezy. Ide o rezy s medzerou (kerf) až do 0,1 milimetra a s presnosťou rozmerov v rozsahu plus alebo mínus 0,05 mm, a to aj pri rúrkach s hrúbkou 15 mm. Výrobcovia lekárneho zariadenia a výrobcovia rúr pre potravinársky priemysel absolútne potrebujú tento druh presnosti. Ich výrobky vyžadujú úplne hladké povrchy bez hrboľov alebo ostrých hrán a tohto výsledku možno dosiahnuť len pomocou pokročilých laserových systémov, ktoré sú schopné spoľahlivo dodávať takúto kvalitu počas celej výrobnej série.
Pre dosiahnutie rezu bez oxidácie sa odporúča použiť dusík ako asistenčný plyn pri tlaku 12–16 bar pre nerezové rúry s hrúbkou 3–8 mm. Pre hrubšie prierezy (10–15 mm) zabezpečí výsledok bez odtokov a zároveň minimalizuje tepelné deformácie vláknový laser s výkonom 4 kW pracujúci pri rýchlosti 0,8–1,2 m/min. Tieto parametre podporujú vysokú opakovateľnosť v automatických výrobných prostrediach.
Relatívne nízky obsah uhlíka v mäkkej oceli (menej ako 0,3 %) znamená, že sa pri zahriatí na približne 1 500 stupňov Celzia rýchlo odparí. Táto vlastnosť zabezpečuje, že mäkká oceľ je obzvlášť vhodná pre aplikácie rezného vláknového laseru. So štandardným 6 kW laserovým systémom môžu operátori prerezať rúry z mäkkej ocele s hrúbkou 20 mm vysokou rýchlosťou až 2,5 metra za minútu. Rezy vytvárajú takmer zvislé hrany s minimálnou uhlovou odchýlkou (približne plus alebo mínus pol stupňa), čo je výborná správa pre zváračov, ktorí nemusia strácať čas dodatočným dokončovacím prácam po reze. Z pohľadu nákladov ponúkajú tieto laserové systémy aj výrazné úspory. Údaje z priemyslu z FMA 2023 ukazujú, že prevádzkové náklady klesnú približne o 23 % pri prechode z tradičných metód plazmového rezu.
Pri oceľových rúrach s hrúbkou vyššou ako 25 mm pomáhajú pulzné laserové režimy (1–2 kHz) kontrolovať vstup tepla a zabrániť skriveniu. Použitie zmesí asistenčných plynov na báze kyslíka zlepšuje odstraňovanie strusky, čím sa zníži zvyšok strusky o 40 % v rúrach s hrúbkou 30 mm. To zabezpečuje presné rozmery pre konštrukčné komponenty v stavebníctve a ťažkom strojárstve.
Automobilový dodávateľ prvej úrovne implementoval 3D laserové rezanie rúr na výrobu 5 000 palivových vstrekovacích rúr denne s 99,7 % rozmernou presnosťou. Ten istý systém dosiahol opakovateľnosť 0,12 mm na hydraulických liatinových lištach zo SS304 pre lietadlá, čím skrátil čas počítačového spracovania o 62 % v porovnaní s konvenčnými obrábacími metódami.
Hliník v skutočnosti veľmi dobre odráža svetlo, približne 90 % pri typických vlnových dĺžkach laserov, s ktorými pracujeme, a tiež veľmi rýchlo stráca teplo. Tieto vlastnosti sťažujú rovnomerné absorbovanie energie laserom počas spracovania. Čo sa potom stane? No, tavenina sa rozláme všade a rezná medzera vyzerá nerovnomerne, najmä keď ide o tenkostenné rúrky, ktoré sú v priemysle veľmi bežné. Vodivosť tepla je tu ďalšou výzvou, keďže hliník vedie teplo približne päťkrát lepšie ako nehrdzavejúca oceľ. Z tohto dôvodu musia operátori veľmi opatrne doladiť svoje parametre, ak chcú čisté rezy bez toho, aby vznikol zbytočný nábeh, ktorý nikto nechce po spracovaní odstraňovať.
Použitie dusíka ako asistenčného plynu znižuje oxidáciu až o 70 % v porovnaní s kyslíkom. Kombináciou tohto opatrenia s režimami laseru s vysokou frekvenciou (≥ 2 000 Hz) a optimalizovanými vzdialenosťami dýzy od materiálu (0,8–1,2 mm) sa hladkosť hrán zlepší o 25 %. Tieto úpravy sú kľúčové pre dosiahnutie čistých povrchov pripravených na zváranie v aplikáciách s vysokou hodnotou.
Výrobca pred niekoľkými rokmi v roku 2023 uskutočnil niekoľko testov, pri ktorých dosiahol presnosť približne plus alebo mínus 0,05 milimetra pri výrobe nosných konštrukcií batérií pre elektromobily pomocou svojho 6 kW vláknového laserového zariadenia. Zaujímavosťou je, že pri rezaní rúr z hliníkovej série 6xxx si všimli niečo zaujímavé – sledovaním teplotných zmien počas procesu podstatne znížili množstvo odpadu, a to z približne 12 % na necelé 3 %. Podľa nedávnych štúdií zverejnených v časopisoch, ako napríklad Journal of Materials Processing Technology, sa výrazne posunul trend v používaní hliníka pri výrobe áut s cieľom znížiť hmotnosť. Výrobcovia elektromobilov teraz nahrádzajú približne 40 % dielov, ktoré boli doteraz vyrobené zo ocele, špeciálne vyrezanými hliníkovými dielmi.
Vláknové lasery teraz dominujú pri rezaní hliníkových rúr a zaberajú 68 % inštalácií na celosvetovej úrovni. Ich vlnová dĺžka 1,08 μm ponúka lepšiu absorpciu ako CO₂ lasery, čo umožňuje rezať 8 mm hliník rýchlosťou 1,2–1,8 m/min s výsledkami bez nábehu. Táto výkonnosť spôsobuje ich adopciu v sektoroch HVAC, dopravy a obnoviteľných zdrojov energie.
Pri práci s meďou a mosadzou sa podľa niektorých nedávnych výskumov z Laserového inštitútu spracovania z roku 2023 tieto materiály majú odraziť okolo 95 % laserovej energie na týchto infračervených vlnových dĺžkach. Toto odrazové pôsobenie spôsobuje skutočné problémy pre optické súčiastky a udržiavanie stabilných spracovateľských podmienok je dosť náročné. Mosadz pridáva ďalšiu úroveň obtiažnosti, pretože pri rezaní sa zložka zinku má tendenciu odparovať, čo vedie k nekonzistentným rezom s nerovnými okrajmi a niekedy sa v materiáli môžu vytvoriť aj drobné diery. Na prekonanie týchto problémov sa väčšina odborníkov spolieha na pulzné nastavenie laseru v kombinácii s asistenčným dusíkovým plynom. Pulzy pomáhajú lepšie kontrolovať tavenie, zatiaľ čo dusík zabraňuje oxidácii, čím sa celý proces rezného spracovania stáva pre výrobcov oveľa predvídateľnejším a spoľahlivejším pri práci s týmito problematickými kovmi.
Dnes už vláknové lasery dokážu rezať čisté mediene plechy s hrúbkou až 3 mm pri výkone 1 kW alebo vyššom a dosahujú presnosť okolo 0,1 mm vďaka lepšej technológii riadenia lúča. Ale existuje jedna zádrhel, ktorú stojí za zmienku: tieto rezy trvajú o 30 až 40 percent dlhšie v porovnaní s ocelovými materiálmi, pretože meď veľmi efektívne vedie teplo. To, čo to umožňuje, je vlnová dĺžka lasera 1,08 mikrometra, ktorú meď pohltí približne na 22 %, čo je takmer trojnásobok oproti tradičným CO2 laserom. Tento vývoj otvoril dvere pre výrobu jemných komponentov, ako sú elektrické kanály s tenkými stenami a špeciálne systémy výmeny tepla, kde je na prvom mieste presnosť.
Tri overené prístupy zlepšujú spracovanie medi a mosadze:
Tieto metódy znižujú tvorbu strusky o 62 % a udržiavajú rýchlosť rezu až 20 m/min na mosadzných rúrkach s hrúbkou 2 mm.
Podľa najnovšej štúdie Global Industrial Cutting Survey z roku 2023 stúpla potreba presných mosadzných súčiastok takmer o polovicu, no stále existujú významné technické prekážky. Dosiahnutie veľmi tesných tolerancií pod 0,2 mm, ktoré sú potrebné napríklad pre dekoratívne lišty, námorné kovania a lekársku techniku, nie je s bežnými rezacími systémami ľahké. Síce 6 kW vláknové lasery zvládnu 8 mm mosadz s presnosťou okolo 0,25 stupňa, prevádzka takéhoto stroja však stojí zhruba 180 dolárov za hodinu. Takáto vysoká cena znamená, že väčšina firiem ich používa len v prípadoch, keď je to úplne nevyhnutné, typicky pre drahé letecké aplikácie alebo špecializované meracie prístroje, kde takáto extrémna presnosť skutočne záleží.
Moderné laserové rezačky rúr dosahujú rôzne výkony pri kľúčových materiáloch:
| Materiál | Maximálna hrúbka (vláknový laser) | Kvalita rezu | Kľúčové úvahy |
|---|---|---|---|
| Nehrdzavejúcu oceľ | 25 mm | Výborne | Vyžaduje dusík ako asistenčný plyn |
| Mäkká oceľ | 30 mm | Vysoká presnosť | Optimálne s kyslíkom ako asistenčným plynom |
| Hliník | 15 mm | Dobrá | Odporúčajú sa proti odrazové povlaky |
| Meď | 6 MM | Mierne | Laser s vysokým výkonom (> 6 kW) je vhodnejší |
| Mosadz | 12 mm | Konzistentný | Kritické sú úpravy frekvencie pulzu |
Nerezové a jemné ocele zostávajú najvhodnejšie na laserovanie, pričom dosahujú tolerancie pod ±0,1 mm. Hliník vyžaduje o 30 % vyššiu rýchlosť rezu ako oceľ, aby sa zabránilo tvorbe strusky, zatiaľ čo reflexná schopnosť medi obmedzuje úspešnosť – podľa prieskumov z roku 2023 uvádza iba 42 % výrobcov spoľahlivé výsledky pri čistej medi.
Letecký a lekársky priemysel čoraz viac využíva vláknové lasery na rezanie titánových rúr s hrúbkou až 10 mm. Účinné spracovanie vyžaduje:
Niklové superzliatiny ako Inconel zaznamenávajú 19 % ročný nárast prijatia laserového rezu, najmä pre vysokoteplotné výfukové komponenty, ktoré vyžadujú odolnosť až do 1 200 °C.
Štyri faktory určujúce optimálne nastavenie lasera:
Operátori by mali vykonávať skúšobné rezy pri práci s novými zliatinami, keďže aj 0,5 % odchýlka v zložení môže zmeniť rýchlosť rezu o 12–15 %.
Laserové rezané závisí od toho, ako materiály pohlcujú a šíria energiu. Kovy ako nehrdzavajúca oceľ a hliník majú odlišné tepelné vlastnosti, ktoré ovplyvňujú ich reakciu na laserové rezanie.
Vláknové lasery ponúkajú vyššiu rýchlosť a účinnosť v porovnaní s CO2 laserami, najmä pre tenkostenné rúry, vďaka kratšej vlnovej dĺžke a lepšiemu pohlcovaniu energie.
Vláknové lasery môžu rezať meď a mosadz s určitými úpravami, ako sú pulzné nastavenia lasera, ale vyžadujú viac energie a času v porovnaní s mäkkšími kovmi.
Ako asistenčné plyny sa používajú dusík a kyslík, aby sa zlepšila kvalita rezu, zabránilo oxidácii a zvýšila účinnosť v závislosti od materiálu.
Áno, vláknové lasery sa čoraz viac používajú na rezanie hliníka vďaka svojej účinnosti, aj keď s ohľadom na odrazivosť a tepelnú vodivosť hliníka sú potrebné úpravy.
Horúce správy
RT Laser je celoštátne uznávaný high-tech podnik špecializujúci sa na výskum, vývoj, výrobu a predaj laserových zariadení. Medzi naše hlavné produkty patria vláknové laserové rezacie stroje, ručné laserové zváracie stroje a ohýbacie stroje.
Číslo 6-8, průmyslová zóna Binhe, okres Jiyang, město Jinan, provincie Šandong, Čína.
Všetky práva vyhradené © 2025 spoločnosti RAYTU LASER Technology Co.,Ltd. Zásady ochrany súkromia
EN
