Lasersnijden: materialen, typen en toepassingen

“Het lasersnijproces transformeert materialen met de hoogste precisie en nauwkeurigheid in ingewikkelde ontwerpen. Het biedt hoogwaardige, gladde afwerkingen die weinig of geen nabewerking behoeven.” 

Lasersnijden is een CNC-proces dat gebruik maakt van hoogenergetisch laservermogen om door verschillende materialen te snijden. Deze techniek produceert een geconcentreerde lichtstraal door lasermateriaal te stimuleren met een elektrische ontlading in een afgesloten container. De optica wordt gebruikt om de laserstraal op het werkstuk te concentreren, wat op zijn beurt het snijden door smelten, verdampen of verbranden mogelijk maakt. De CNC-technologie regelt de exacte beweging van de laserstraal. 

In dit artikel wordt de lasersnijtechnologie in detail besproken, inclusief materialen, typen en toepassingen. 

 

Materialen die worden gebruikt bij lasersnijden

Lasersnijden is een veelzijdige techniek die wordt gebruikt op verschillende materialen zoals papier, hout, metaal en steen. De belangrijkste toepassing ervan ligt echter in de productie van plaatmetaal, met name voor materialen voor lasersnijden vind leuk;

• Lasersnijden van aluminium 
• Lasersnijden van staal
• lasersnijden van zacht staal
• Lasersnijden van roestvrij staal 
• Lasersnijden van koper 
• Lasersnijden van messing

 

Voordelen en beperkingen van lasersnijden

Lasersnijders zijn het beste voor het verwerken van dun plaatmetaal, met een maximale dikte van meestal 6 mm voor aluminium en 15 mm voor staal. Ze kunnen de nauwkeurigheid behouden met toleranties van 0 tot 2 mm. Op dezelfde manier zijn er nog veel meer voordelen van lasersnijden.

Het proces resulteert in een kleine door hitte beïnvloede zone. De behoefte aan aanvullende warmtebehandeling na de bewerking wordt dus verminderd. Lasersnijden is onder andere uniek snijmethoden voor plaatmetaal vanwege zijn precisie en veelzijdigheid in verschillende materialen, al is het niet zo veelzijdig als waterstraalsnijden. Laserbewerking is het populairst vanwege het materiaalaanpassingsvermogen, de precisie en het vermogen om zowel snij- als graveertaken uit te voeren, die onmogelijk zijn bij waterstraalsnijden. Daarnaast, lasersnijden kosten zijn doorgaans goedkoper dan waterstraalsnijden.

 

Drie soorten lasers voor snijden

Lasertechnologie heeft vele functies, zoals snijden, boren en graveren, die worden bepaald door factoren zoals de lasersterkte, het primaire materiaal dat wordt gebruikt om de laserstraal te genereren en het materiaal dat wordt verwerkt. Laserbewerking is het primaire proces voor de productie van plaatwerkonderdelen. 

Verschillende soorten lasersnijtechnieken bestaan, waaronder CO2 (gaslasers), Fiberlasers, en Nd:YAG of Nd:YVO (vanadaatkristallasers) zijn de voorbeelden van de lasers. Deze lasers gebruiken continue golflengten en verschillende technieken om de laser te stimuleren, hetzij door gebruik te maken van een elektrisch geladen gasmengsel of door fysieke diodes.

1. CO2-laser

CO2 lasersnijden

Een CO2-laser stuurt elektriciteit door een met gasmengsel gevulde buis om lichtstralen te produceren. De buis heeft aan beide uiteinden spiegels, waarvan er één volledig reflecterend is en de andere gedeeltelijk reflecterend, om wat licht door te laten. Het gasmengsel bestaat doorgaans uit kooldioxide, stikstof, waterstof en helium, wat op zijn beurt onzichtbaar licht produceert in het verre infraroodbereik van het lichtspectrum. 

Hoewel industriële CO2-lasers een vermogen van meerdere kilowatts kunnen bereiken (hoewel dit minder gebruikelijk is), varieert de gebruikelijke bewerking van CO2-lasers van 25 tot 100 watt met een golflengte van 10.6 micrometer. Deze lasers worden meestal gebruikt om te werken met hout, papier en acrylkunststoffen (e). G. , polymethylmethacrylaat), leer, stof, behang en sommige voedingsmiddelen zoals kaas, kastanjes en planten. 

CO2-lasers worden voornamelijk gebruikt voor niet-metalen materialen, maar kunnen ook sommige metalen verwerken, zoals dunne platen aluminium en andere non-ferrometalen. Het verhogen van het zuurstofgehalte kan de kracht van de CO2-straal versterken, maar ervaren gebruikers moeten dit doen om mogelijke risico's te vermijden

2. Vezellaser

Vezellasers, die deel uitmaken van de categorie vastestoflasers, gebruiken een zaadlaser en versterken de straal door glasvezels die worden aangedreven door pompdiodes. Ze functioneren op een golflengte van ongeveer 1. De brandpuntsdiameter van de lens is 064 micrometer, wat betekent dat deze erg klein is. Meestal zijn fiberlasers de duurste van alle lasersnijapparaten. 

Fiberlasers zijn onderhoudsarm en hebben een levensduur van minimaal 25,000 laseruren, wat langer is dan de levensduur van andere lasertypes. Ze genereren sterke en stabiele stralen die bestand zijn tegen intensiteiten die 100 keer hoger zijn dan CO2-lasers met hetzelfde gemiddelde vermogen. Bovendien hebben fiberlasers verschillende operationele modi, zoals continue stralen, quasi-gepulseerde of gepulseerde instellingen, waardoor ze aanpasbaar zijn. 

Een MOPA, een subtype fiberlaser, kan de pulsduur aanpassen, waardoor deze geschikt is voor diverse toepassingen. Fiberlasers zijn de beste op het gebied van metaalmarkering door middel van gloeien, graveren en markeren van thermoplastische kunststoffen. Ze zijn geschikt voor metalen, legeringen en niet-metalen zoals glas, hout en kunststoffen. Hoewel ze perfect zijn voor dunne materialen, kunnen fiberlasers worden gebruikt voor een verscheidenheid aan materialen, afhankelijk van het vermogen, maar voor dikkere materialen zijn mogelijk machines met een hoger vermogen nodig.

3. Nd:YAG/Nd:YVO-lasers

Nd:YAG- en Nd:YVO-lasers zijn beide op kristallen gebaseerde technologieën, en Nd:YVO (neodymium-gedoteerd yttrium-ortho-vanadaat) wordt op grote schaal gebruikt vanwege zijn foutloze werking. Deze lasers bieden een hoog snijvermogen, maar zijn relatief duur vanwege de initiële installatiekosten. Bovendien hebben ze een beperkte levensduur (8,000 tot 15,000 uur). De pompdiodes zijn ook de reden voor de hogere totale kosten.  

Deze apparaten werken op een golflengte van 1.064 micrometer. Nd:YAG/Nd:YVO-lasers worden op veel technische gebieden gebruikt, zoals de medische sector, de tandheelkunde, het leger en de productie. Nd:YVO heeft daarentegen een hogere pompabsorptie, een grotere bandbreedte, maar een kortere levensduur in de bovenste toestand dan Nd:YAG. Nd:YAG maakt echter het gebruik van hogere pulsenergieën mogelijk en de levensduur is normaal gesproken hoger dan Nd:YAG. 

Bovendien kunnen deze lasers zowel gecoate als niet-gecoate metalen en niet-metalen zoals kunststoffen van technische kwaliteit en, in sommige gevallen, keramiek verwerken. Nd:YVO4-kristallen kunnen worden gemengd met kristallen met een hoge NLO-coëfficiënt om de uitvoerresultaten te veranderen van nabij-infrarood naar groen, blauw of UV.

Het vervangen van yttrium-, gadolinium- of lutetiumionen door laseractieve zeldzame aardionen heeft geen grote invloed op de roosterstructuur. Daarom blijft de hoge thermische geleidbaarheid van de gedoteerde materialen behouden.

 

Veelvoorkomende kwaliteitsfouten en preventieve maatregelen bij het lasersnijden van metaal

Hier volgt een kort overzicht van enkele veelvoorkomende defecten waarmee u te maken kunt krijgen lasersnijden van plaatwerk.

1. Braamvorming

Braamvorming 

Bij lasersnijden kunnen bramen verschijnen als opstaande randen of ruwe oppervlakken op de gesneden onderdelen, waardoor zowel het uiterlijk als de functie van de onderdelen worden beïnvloed. Dit probleem kan worden veroorzaakt door factoren zoals een onjuiste laserfocus, een te hoge snijsnelheid of een te lage hulpgasdruk. 

2. Preventieve maatregelen 

Voor de beste snijprestaties moet de laser worden afgesteld op de maximale laserfocus en straalkwaliteit. 

• De laserfocuspositie, de vermogensdichtheid en de voedingssnelheid van de machine worden aangepast om zuivere sneden te verkrijgen. 
• Gebruik het juiste hulpgas (bijvoorbeeld stikstof, kooldioxide, stikstof) en houd de druk op het juiste niveau om het gesmolten metaal te helpen verwijderen. 

 3. Door hitte beïnvloede zone (HAZ)

Lasersnijden produceert hitte, waardoor er een hittebeïnvloede zone langs de snijrand ontstaat. Deze zone kan de materiaaleigenschappen veranderen, wat op zijn beurt de prestaties van het onderdeel kan beïnvloeden. 

Preventieve maatregelen:

• Snijparameters zoals laservermogensdichtheid, snijsnelheid en focus moeten worden geoptimaliseerd om de warmte-inbreng te verminderen. 
• Gebruik geavanceerde apparatuur van het hoogste niveau van optimale parametercontrole, zoals spuitmonden, focuslenzen en licht. 
• Overweeg behandelingen na het snijden, zoals uitgloeien of spanningsverlichting, om de HAZ-effecten te verminderen en de integriteit van het materiaal te behouden.

4. De hechting van slakken of slakken  

Schuim of slak, het gesmolten materiaal dat stolt op het onderoppervlak van de snede, kan de snijkwaliteit beïnvloeden en heeft daardoor de neiging om na het snijden te worden schoongemaakt.  

Preventieve maatregelen:

• De snijparameters moeten worden geoptimaliseerd om slak te verminderen, bijvoorbeeld door de snijsnelheid te veranderen of door de hulpgasdruk te verhogen. 
• De geschikte gassamenstelling en stroomsnelheid voor de uitdrijving van gesmolten materiaal moeten worden gebruikt. 
•  Het gebruik van schoonmaaktechnieken na het snijden (bijvoorbeeld het mes afvegen met een doek) is een must om de veiligheid van de gebruiker te garanderen. G. slijpen, zandstralen) om aangehecht schuim te verwijderen, vooral na laserlassen, voor een langere levensduur van de machine. 

 5. Randruwheid of strepen

Lasersnijden kan leiden tot ruwe of ongelijkmatige randen, waardoor de esthetiek en functionaliteit van het onderdeel worden aangetast.  

Preventiemaatregelen:

• Pas de snijparameters van de machine aan (vermogen, snelheid, voedingssnelheid, hulpgasdruk) om soepele sneden te verkrijgen. 
• Om deze te voorkomen is het gebruik van hoogwaardige optica en de nauwkeurige controle van de procesparameters op de lasersnijmachine essentieel defecten bij lasersnijden.
•  De behandelingen na het knippen (bijvoorbeeld het aanbrengen van lotion, het gebruik van een vochtinbrengende crème, enz.) moeten worden uitgevoerd nadat de snede is gemaakt. G. , ontbramen, polijsten) indien nodig voor een betere randkwaliteit. 

6. Verkleuring van het materiaal

Bovendien kan het proces randen verkleuren of oxideren, waardoor het uiterlijk en de oppervlaktekwaliteit van het onderdeel worden aangetast. 

Preventiemaatregelen:

Pas de snijparameters aan om de warmte-inbreng en dus de verkleuring te verminderen (e). G. , vermogen, laserfocuspositie, snelheid). 

• Het gebruik van het juiste hulpgas om het materiaal tijdens het snijden te beschermen tegen oxidatie is de sleutel. 
• De behandelingen na het snijden (bijvoorbeeld antibiotica) zijn aanvullende stappen die na het snijden worden genomen om infectie en passivatie te voorkomen en de oppervlaktecoatings te verbeteren. Deze methoden worden gebruikt om het object er esthetisch aantrekkelijk uit te laten zien en om de oxidatie te stoppen.

  7. Het proces van kromtrekken of vervormen

Lasersnijden van dunne materialen met een hoog vermogen kan door de intense hitte tot kromtrekken leiden. 

Preventiemaatregelen:

• Het gebruik van een lasersnijder met hoog vermogen en pulserende frequentie helpt de warmte-inbreng en dus het risico op kromtrekken te verminderen. 
• Zorg ervoor dat u de juiste klemming of bevestiging gebruikt om de materiaalbeweging tijdens het zagen te verminderen.

8. Variatie in kerfbreedte

Lasersnijden kerf

De kerfbreedte, die erg belangrijk is voor de nauwkeurigheid van afmetingen en pasvorm, moet hetzelfde zijn om negatieve impact op de snijvlakken en naden te voorkomen. 

Preventieve maatregelen:

• Controleer de uitlijning en kalibratie van de lasermachines. 
• De lens en laserbron moeten regelmatig worden gecontroleerd om ervoor te zorgen dat de straalkwaliteit altijd consistent is. 
• Er moeten gesloten feedbacksystemen worden geïmplementeerd voor real-time monitoring en aanpassing van snijparameters om de snijbreedte constant te houden.

9. Het proces van materiaalherstolling 

Laserbewerking kan soms leiden tot het opnieuw stollen of opnieuw smelten van materiaal langs de snijranden, wat op zijn beurt ruwe oppervlakken veroorzaakt. 

Preventieve maatregelen:

• De snijparameters zoals de focuspositie, het vermogen en de snelheid van de laser moeten worden geoptimaliseerd om de kans op opnieuw stollen of opnieuw smelten te verkleinen. 
• Kies de juiste hulpgassamenstelling en stroomsnelheid om te helpen bij het verwijderen van het gesmolten materiaal. 
• Gebruik post-cut-behandelingen (bijvoorbeeld het aanbrengen van een vochtinbrengende crème of een genezende zalf) nadat de snede is gemaakt. G. , slijpen, schuren) om de ruwe oppervlakken glad te maken. 

10. Optimalisatie van de gassamenstelling

Voor de beste snijresultaten hebben de verschillende materialen een specifieke gassamenstelling nodig. De verkeerde gassamenstelling kan slechte sneden, meer schuim of overmatige warmte-inbreng veroorzaken. 

Preventiemaatregelen:

Om de juiste gassamenstelling te achterhalen, moeten de materiaalspecificaties en de richtlijnen van de fabrikant worden geraadpleegd. 

• Pas indien nodig de gassamenstelling aan, bijvoorbeeld door gebruik te maken van een stikstof-zuurstofmengsel voor roestvrij staal staal lasersnijden. 
• De gassamenstelling moet regelmatig worden gecontroleerd en onderhouden op nauwkeurigheid en consistentie. 

 

Industriële toepassingen van lasersnijden

De cutting-edge lasersnijtoepassingen zijn zo wijdverspreid in de materiaalverwerkende industrieën. Hier zijn enkele veel voorkomende industrieën die hieronder een cnc-laser gebruiken;

1. Auto-industrie

Lasersnijden is een onmisbaar hulpmiddel geworden voor de auto-industrie omdat het precisie en flexibiliteit biedt bij de productie van een breed scala aan auto-interieuronderdelen. Aan de strenge toleranties van deze industrie wordt perfect voldaan door lasertechnologie. Daarom is de toepasbaarheid ervan bij het maken van ingewikkelde onderdelen en ontwerppatronen van onschatbare waarde en onmogelijk te realiseren met conventionele stempel- of stansmethoden. Lasersnijdende plaatmetalen worden in de auto-industrie gebruikt om verschillende items te maken, zoals auto-onderdelen, componenten, spuitgietstukken, smeedstukken en stempels. 

2. Industrie voor medische hulpmiddelen

De industrie voor medische apparatuur maakt gebruik van lasersnijden om noodzakelijke producten zoals pacemakers, stents en katheters te produceren. Laserstralen smelten, verdampen of verbranden materiaal nauwkeurig en zorgen zo voor zuivere en nauwkeurige sneden die essentieel zijn voor de ingewikkelde ontwerpen die nodig zijn voor medische apparaten. De materiaal- en eindproductspecificaties bepalen de te gebruiken lasersnijmethode; roestvrijstalen onderdelen worden meestal gesneden met CO2-lasers, terwijl kunststoffen meestal worden gesneden met fiberlasers.

3. Schoonheidsindustrie 

  De sieradenindustrie, die vol geschiedenis is, heeft de lasersnijtechnologie geaccepteerd om haar vakmanschap te veranderen. Lasersnijden, dat voorheen handmatig werd gedaan, heeft het ontwerpen van sieraden nu nauwkeuriger en ingewikkelder gemaakt. Deze technologie is bedreven in het maken van ingewikkelde patronen in metalen, het snijden van edelstenen en het graveren van tekst of afbeeldingen op sieraden. De meest voorkomende sieraden, zoals ringen, hangers, oorbellen en armbanden, behoren tot de sieraden die zijn gemaakt met lasersnijden. Daarom heeft de industrie een nieuwe manier gevonden om creatief te zijn en sieraden te ontwerpen.

4. Keramische productie 

 Keramische productie is het proces waarbij keramische materialen worden gevormd en gebakken om verschillende producten te produceren. Lasersnijden is de belangrijkste factor in dit proces omdat het de exacte vormen en ingewikkelde ontwerpen in keramiek oplevert. CO2 lasersnijden, dat bekend staat om zijn precisie en snelheid, is de meest populaire methode voor het maken van decoratieve elementen, tegels, aardewerk en sculpturen met complexe patronen. Deze technologie heeft het keramische productieproces sneller en eenvoudiger gemaakt, waardoor het creëren van ingewikkelde ontwerpen met hoge snelheid mogelijk was.

5. Siliciumindustrie

Lasersnijden is een cruciaal gebruiksvoorwerp in de siliciumindustrie, vooral bij de productie van siliciumwafels. Deze wafels worden gewoonlijk veelvuldig gebruikt bij de vervaardiging van elektronische apparaten. Over het algemeen worden CO2-cnc-lasers van vitaal belang gebruikt bij het vormgeven van deze gecompliceerde kenmerken van wafers. Enkele kernvoorbeelden omvatten; componenten van geïntegreerde schakelingen, zonnecellen en halfgeleiderchips.

6. Verpakkingsindustrie

De verpakkingsbedrijven maken gebruik van CNC lasersnijmachines voor de productie van verschillende verpakkingsproducten zoals dozen, containers en deksels. Er worden twee hoofdtypen lasersnijtechnologieën gebruikt: CO2-lasers worden gebruikt voor het snijden van karton, papier en dunne kunststoffen, terwijl fiberlasers worden gebruikt voor dikkere en hardere verpakkingsmaterialen. Deze technologieën zijn de reden waarom het nu mogelijk is om de exacte en efficiënte verpakkingsoplossingen te produceren die nodig zijn in de industrie, waardoor ze kunnen voldoen aan de eisen op het gebied van duurzaamheid en maatwerk. Het verpakkingsproces is de procedure voor het afdekken van producten met het oog op hun veiligheid en transport. Lasersnijden is het belangrijkste hulpmiddel voor het produceren van verpakkingsproducten zoals dozen, containers en deksels. Er worden twee belangrijke lasersnijtechnologieën gebruikt: de CO2-lasers worden gebruikt voor karton, papier en dunne kunststoffen, en de fiberlasers worden gebruikt voor dikkere materialen.

7. Metaalverwerkende industrie

Deze sectoren zijn sterk afhankelijk van technologische vooruitgang, vooral op het gebied van lasersnijden. Metaalbewerking is het proces waarbij metaal wordt gevormd met behulp van verschillende gereedschappen. Lasersnijden is het belangrijkste proces bij de productie van balken, kolommen, pijpen, buizen en plaatwerk voor industrieën zoals de bouw, de automobielsector en de lucht- en ruimtevaart. 

 

Precisie CNC-lasersnijdiensten bij Prolean

CNC-lasersnijden vereist krachtige lasers en strikte veiligheidsprotocollen voor kwaliteitsborging, maar kan hoge initiële kosten met zich meebrengen. Uitbesteding aan ervaren professionals zoals Pro-lean, die zich houden aan de ISO 9001:2015-normen, zorgt voor eersteklas fabricagediensten met aandacht voor detail en snelle doorlooptijden. Onze geavanceerde lasersnijdiensten tegemoet te komen aan uiteenlopende projectvereisten en altijd resultaten van topkwaliteit te leveren. 

Stuur ons uw ontwerp voor een directe offerte en ervaar superieur vakmanschap.

Lees verder:

• Lasersnijden PEEK: precisie, voordelen en toepassingen
• Lasersnijden van nylon: techniek, proces, toepassingen

 

Opsommen 

Lasersnijden is in veel productie-industrieën een onmisbaar hulpmiddel geworden. Het lasersnijden van het plaatmetaal heeft de productie veranderd, waardoor de productie van de metalen onderdelen met het ingewikkelde ontwerp zeer efficiënt en veelzijdig is geworden. De gegeven tips verbeteren de productiviteit van uw lasersnijprojecten. 

Het proces is zeer flexibel omdat het plaatmetaal van verschillende diktes kan snijden, van dunne folie tot dikke platen. De flexibiliteit is de reden waarom het wordt gebruikt in verschillende industrieën, zoals de automobielsector, de lucht- en ruimtevaart, de elektronica en andere.

 

Veelgestelde vragen

Q1. Hoeveel kost lasersnijden?

Lasersnij- en graveerdiensten worden betaald tegen £ 1 per minuut productietijd. Een klus van 30 minuten kost bijvoorbeeld £ 30, plus extra kosten voor materialen en artworkopstelling. Een klusje van een uur zou €60,- kosten. Afhankelijk van de intensiteit en complexiteit kunnen er kortingen worden gegeven voor grotere opdrachten.

Vraag 2. Hoe nauwkeurig is lasersnijden?

Lasersnijden heeft een opmerkelijke maatnauwkeurigheid, meestal binnen ±0. 5 inch, met een slanke snijbreedte of kerf zo dun als 0 inch, wat het resultaat is van het laservermogen en de dikte van het materiaal. Het vermogen van de technologie om scherp te stellen tot op 004-10 micron toont aan dat zij geschikt is voor ingewikkeld en gedetailleerd werk, wat erg belangrijk is in de lucht- en ruimtevaart-, elektronica- en auto-industrie, waar precisie de sleutel is.

Q3. Wat is het verschil tussen lasersnijden en plasmasnijden?

Lasersnijden is het snelste, meest nauwkeurige en heeft de beste oppervlakteafwerking vergeleken met plasmasnijden. Het is goed in het maken van ingewikkelde sneden en gedetailleerde ontwerpen. Niettemin hebben plasmasnijmachines minder onderhoud nodig en zijn ze doorgaans zuiniger dan lasersnijapparatuur.

Q4. Ontwerpoverwegingen voor optimale lasersnijnauwkeurigheid?

De procedure voor het verkrijgen van de juiste lasersneden is gebaseerd op de keuze van de juiste materialen, het begrijpen van de mogelijkheden van uw lasersnijder en het elimineren van de hittegerelateerde problemen in uw ontwerpen. Ontwerp de snijvolgorde, gebruik hulplijnen voor precisie en zorg ervoor dat de instellingen optimaal zijn en dat de machine goed wordt onderhouden voor dezelfde nauwkeurigheid. De operators die verantwoordelijk zijn voor het aanpassen van de instellingen en de procedures om de gewenste nauwkeurigheidsniveaus te bereiken, zijn de ervaren mensen.