Laserskärning är en av de mest avancerade metoderna för materialbearbetning. Skärningen utförs med hjälp av en koncentrerad laserstråle, vilket möjliggör precis skärning av även de mest komplexa formerna. Denna teknik tillåter skärning av både metaller och icke-metalliska material. Genom åren har denna teknik utvecklats avsevärt och dominerar nu inom många industribranscher, inklusive fordonsindustrin, flygindustrin, elektronik och materialvetenskap. Laserskärare möjliggör snabb och ren skärning utan behov av ytterligare bearbetning, vilket gör dem inte bara mer effektiva utan också ekonomiska på lång sikt.
Utveckling av laserskärningsteknik
Traditionella lasertekniker, såsom CO₂-lasrar, plasma och YAG, har dominerat marknaden i åratal, men nu ersätts de alltmer av moderna fiberlasrar. De huvudsakliga skillnaderna mellan dessa tekniker inkluderar:
-
CO₂-lasrar - används främst för skärning av icke-metalliska material och vissa metaller, kräver ett komplext spegelsystem, höga driftskostnader och större energiförbrukning.
-
plasmalasrar - används huvudsakligen för skärning av tjocka material inom tung industri, kräver hög energiförbrukning och efterbearbetning av element.
-
YAG-lasrar - används i industrin för precisionsapplikationer, men deras effektivitet är lägre än för fiberlasrar.
-
fiberlasrar - kännetecknas av högre energieffektivitet, mångsidighet, precision och hastighet i bearbetningsprocessen, samt lägre driftskostnader.
Fiberlaser är för närvarande det föredragna alternativet i många industriella tillämpningar eftersom den erbjuder snabb och precis skärning, lägre driftskostnader och större hållbarhet.
Mekanism för laserskärningsprocessen
Laserskärning är en komplex termisk process där laserstrålen värmer materialet till smältning, förångning eller förbränningstemperatur. Ett nyckelelement är användningen av en lämplig assistgas, som stöder materialavlägsningsprocessen och påverkar kantens kvalitet. Beroende på skärteknik kan processen utnyttja olika fysiska fenomen.
Fysikaliska grunder för laserskärning
Laserskärningsprocessen innebär att leverera en högenergilaserstråle till materialet, vilket får det att värmas upp, smälta och i vissa fall även förångas eller brinna. En nyckelroll spelar här absorptionen av energi av det skurna elementets yta. Absorptionskoefficienten för laserstrålning beror på typen av material, laservåglängden och strålens infallsvinkel.
För metaller som aluminium eller koppar, som kännetecknas av en hög reflektionskoefficient, är det nödvändigt att använda högre lasereffekt för att effektivt starta skärprocessen. Å andra sidan kännetecknas kol- och rostfritt stål av bättre absorption av laserenergi, vilket underlättar bearbetningen.
Tre grundläggande laserskärningstekniker
Beroende på laserparametrar, typ av material och förväntade effekter används tre huvudsakliga laserskärningstekniker. Var och en skiljer sig i sin verkningsmekanism och tillämpas under specifika industriella förhållanden.
-
Fusionsskärning - innebär att smälta metallen i skärgapets område och sedan avlägsna den flytande metallen med en ström av assistgas, t.ex. kväve eller argon. Denna process minimerar oxidationen av det skurna elementets kanter, vilket säkerställer hög ytkvalitet.
-
Förångningsskärning - använder laserstråles intensiva energi för att omedelbart förångas materialet. Gaserna som bildas till följd av denna process avlägsnas från skärgapet av en ström av skärgas.
-
Syreskärning (exoterm) - i detta fall används syre som assistgas, vilket ingår i en exoterm reaktion med metallen, vilket ger ytterligare termisk energi och påskyndar skärprocessen. Denna metod är särskilt effektiv för skärning av kolstål.
Vilka material kan skäras med laser?
Laserskärning används för bearbetning av ett brett utbud av material, både metalliska och icke-metalliska. Med sin höga precision och repeterbarhet möjliggör denna process skärning av material som:
-
stålplåtar - både kol- och rostfritt stål, där lasern ger jämna kanter utan behov av ytterligare bearbetning.
Kolla in: Plåtskärare FALCON
-
aluminium och dess legeringar - trots den höga reflektionskoefficienten möjliggör lämpligt valda parametrar precis laserskärning av aluminium.
-
mässing och koppar - fiberlasrar möjliggör skärning av högst reflekterande material.
-
plaster - som akryl, polykarbonat eller polyeten, som kan bearbetas utan risk för deformation.
-
trä och papper - laser möjliggör extremt precis skärning av kartong, plywood och andra organiska material.
Tack vare användningen av laserteknik är det möjligt att skära både tunna folier och tjocka metallplåtar. Moderna laserskärare är särskilt effektiva vid bearbetning av plåtar, profiler och rör. Processautomatisering och avancerade CNC-styrsystem möjliggör snabb och precis skärning av även de mest komplexa formerna.
Kolla in: Rör- och profilskärare FALCON
Laserskärning av rör och profiler säkerställer exceptionell kantkvalitet och förmågan att arbeta med en konstant precisionsnivå. Det är därför det är en lösning som väljs av industrier som kräver högsta kvalitet och repeterbarhet i produktionen.
Plasmaskärning - ett alternativ till laserskärning?
Plasmaskärning är en annan populär metod för metallbearbetning, som använder joniserad gas vid mycket hög temperatur för att smälta och avlägsna material. Jämfört med laserskärning erbjuder denna teknik möjligheten att skära tjockare material till relativt lägre investeringskostnader. Denna process är särskilt effektiv för elektriskt ledande metaller, vilket är anledningen till att den är populär inom tung- och strukturindustrin.
Trots sina fördelar har plasmaskärning också betydande begränsningar. Kantkvaliteten är lägre än vid laserskärning, därför kräver den ofta ytterligare bearbetning. Processen genererar också en större värmepåverkad zon, vilket kan leda till deformation av det bearbetade materialet. Dessutom är förbrukningen av gas och elektroder vid plasmaskärning mycket högre, vilket avsevärt ökar driftskostnaderna på lång sikt. Även om plasma kan vara ett mer kostnadseffektivt val för skärning av tjocka plåtar, förblir lasertekniken oersättlig överallt där precision, repeterbarhet och minimering av materialförluster är avgörande.
Viktiga tekniska parametrar för laserskärning
För att uppnå optimala resultat av bearbetningsprocessen och fullt utnyttja lasertekniken bör flera viktiga parametrar beaktas. Lämpliga inställningar möjliggör laserskärning av material som rostfritt stål, aluminium eller koppar samtidigt som hög precision och hög skärhastighet bibehålls. Laserskärning möjliggör bearbetning av olika material med liknande dimensionella parametrar, samtidigt som processens repeterbarhet säkerställs. Tack vare detta är det möjligt att effektivt skära både tunna plåtar och tjockare element utan att förlora kantkvaliteten. Här är viktiga laserskärningsparametrar:
-
lasereffekt - avgör förmågan att skära material av olika tjocklekar. Högre effekt möjliggör snabbare och effektivare laserskärning av tjocka metallplåtar.
-
laservåglängd - påverkar energiabsorptionen av ett givet material, vilket påverkar processens effektivitet. För rostfritt stål och andra högreflekterande material förbättrar en lämpligt vald våglängd bearbetningskvaliteten.
-
skärhastighet - beror på lasereffekten, tjockleken och typen av material. Korrekt konfiguration säkerställer hög bearbetningshastighet, vilket minimerar tiden för processimplementering.
-
typ av assistgas - valet av lämplig gas (t.ex. kväve, argon, syre) påverkar kvaliteten på skärkanten och processens effektivitet. För rostfritt stål används ofta kväve för att förhindra kantoxidation.
-
laserfokusdiameter - ju mindre den är, desto mer precis blir skärningen och desto smalare blir skärgapet. Detta är avgörande för komplexa mönster med hög noggrannhet.
-
laserdriftsläge - kan vara kontinuerligt eller pulserat, vilket är viktigt för precisa bearbetningsoperationer.
Fördelar med laserskärning
Laserskärning erbjuder många fördelar jämfört med traditionella bearbetningsmetoder:
-
hög precision - möjliggör skärning av komplexa former med minimalt fel.
-
jämna kanter - inget behov av ytterligare mekanisk bearbetning.
-
hög skärhastighet - minskning av bearbetningstiden jämfört med konventionella metoder.
-
inget verktygsslitage - lasern kräver inte kontakt med materialet, därför eliminerar den mekaniskt slitage.
-
avfallsminimering - optimal användning av material tack vare precis skärning.
Tillämpningar av laserskärning
Precis och snabb skärteknik möjliggör produktion av både stora strukturella element och komplexa detaljer med mikroskopiska dimensioner. Tack vare möjligheterna att justera laserparametrar för olika material är laserskärning oumbärlig inom många branscher:
-
fordonsindustrin - skärning av bilkarosser, motorkomponenter, fordonsinteriörelement.
-
flyg- och rymdindustrin - precisionsbearbetning av lätta legeringar och kompositmaterial.
-
elektronik - mikrobearbetning av elektroniska komponenter, skärning av tunna metallfolier.
-
byggbranschen - produktion av struktur- och maskinelement.
-
reklam och design - personliga dekorativa element, skärning i trä, plexiglas eller metall.
På grund av sin mångsidighet och precision blir laserskärning ett oumbärligt verktyg inom industrin, vilket möjliggör genomförandet av även de mest komplexa projekten med oöverträffad kvalitet och repeterbarhet.
Lasergravering och märkning
Förutom skärning möjliggör lasertekniken även gravering och märkning av material. Tack vare hög precision och en kontaktlös process hittar lasergravering tillämpningar inom industriell produktion, produktidentifiering och produktpersonalisering. Lasern kan applicera permanenta märkningar på metaller eller plaster, såväl som glas eller trä. Detta är extremt användbart i branscher som kräver serie- eller dekorativ märkning.
Hur mycket kostar laserskärning? Är laserskärare dyra?
Kostnaderna för laserskärning beror på många faktorer, såsom tjocklek och typ av material, skärlängd och mönstrets komplexitet. Prissättningen av tjänsten kan variera beroende på den teknik som används för bearbetning, lasereffekt och den skyddsgas som används.
Dessa kostnader bör också betraktas i samband med investeringar i laserskärare. Professionella maskiner för metallbearbetning (skärning av plåtar eller profiler och rör) är tekniskt avancerade enheter, vars priser kan variera från flera hundra tusen till flera miljoner zloty, beroende på lasereffekt, automatiseringsnivå och ytterligare funktioner. En detaljerad jämförelse av tillgängliga laserskärare finns i vår: Guide till laserskärare.
Läs också: Vad ska man uppmärksamma när man köper en laserskärare?
Laserskärning - framtiden för precis materialbearbetning
Laserskärning är en avancerad teknik som har revolutionerat materialbearbetningsindustrin, särskilt metallbearbetning. Till skillnad från klassisk mekanisk bearbetning, som använder skärverktyg och spånbearbetning, möjliggör lasern kontaktlös skärning, vilket eliminerar behovet av mekaniska krafter och minskar verktygsslitage. Detta gör det möjligt att få extremt jämna kanter utan grader och behov av ytterligare ytbehandling.
Tillämpningen av lasrar inom industrin täcker ett brett spektrum av sektorer, från fordonsindustrin och flygindustrin till elektronik och produktion av precisionskomponenter. Valet av lämplig teknik och processparametrar ger utmärkta resultat, och den dynamiska utvecklingen av lasertekniken leder till ytterligare förbättring av effektivitet och kvalitet på bearbetningen. Moderna lasersystem blir alltmer energieffektiva och produktiva, vilket bara stärker deras position inom industrin. Under de kommande åren kan vi förvänta oss ännu större automatisering och integration av lasrar med intelligenta styrsystem, vilket kommer att möjliggöra ytterligare optimering av produktionsprocesserna.
Bibliografi:
- Andrzej Klimpel, Teoretiska grunder för laserskärning av metaller, "Welding Review", 6/2012, online tillgång [31.01.2025] https://www.researchgate.net/publication/323326207_Podstawy_teoretyczne_ciecia_laserowego_metali
- Andrzej Klimpel, Svetsning, limning och skärning av metaller: teknologier, WNT Publishing House, Warszawa 1999.