V industriji sintranih kovin je kakovost rezanja ključnega pomena za učinkovitost končnega izdelka. Med različnimi metodami rezanja lasersko rezanje izstopa po visoki natančnosti, brez{1}}kontaktni naravi in prilagodljivosti.
Vendar pa so pri rezanju poroznih kovinskih materialov, kot sta titan ali nikljev klobučevina, tradicionalni laserji z neprekinjenimi-valovi nagnjeni k prekomernemu vnosu toplote, kar vodi do taljenja robov, nastajanja prenovljene plasti in celo blokade por. To resno ogrozi prepustnost materiala, katalitično aktivnost ali učinkovitost filtracije.
Ta članek obravnava napredne laserske postopke in tehnologije, ki v osnovi obravnavajo ta izziv.
1. Temeljni vzrok: Zakaj pride do taljenja robov?
Razumevanje vzroka je ključno za iskanje rešitve. Bistvo taljenja robov je "pregrevanje".
Učinek akumulacije toplote: kovinska klobučevina je sestavljena iz med seboj povezanih vlaken. Čeprav je njegova toplotna prevodnost boljša od polimernega filca, ima njegova tri-dimenzionalna porozna struktura nekontinuirane poti toplotnega prevoda in nižjo toplotno kapaciteto v primerjavi s trdnimi kovinskimi ploščami. Neprekinjen vnos energije CW laserja povzroči hitro kopičenje toplote v območju rezanja-ki preseže tališče materiala-preden se lahko razprši v razsuti material.
Značilnosti materiala: Titan in nikelj sta reaktivni kovini, pri čemer ima titan visoko afiniteto za kisik in dušik. Pri visokih temperaturah se odrezani robovi podvržejo oksidaciji in nitriranju, pri čemer nastanejo trde in krhke spojine. To spremlja ponovno-strjevanje staljenega materiala, ki uniči prvotno strukturo vlaken in poroznost.
2. Rešitev: tehnološki preskok iz "neprekinjenega" v "pulzno"
Osnovno načelo je zmanjšati skupni vnos toplote in zagotoviti dovolj "časa ohlajanja" materiala. To se doseže predvsem z dvema ključnima tehnologijama:
►1. Uvajanje pulznih vlaknenih laserjev – ključna rešitev
Za razliko od laserjev z neprekinjenim{0}}valovom pulzni laserji oddajajo "laserske impulze" pri zelo visokih frekvencah in izjemno kratkem trajanju (nanosekundne, pikosekundne ali celo femtosekundne ravni). Vsak impulz ustvari majhno točko ablacije ali uparjanja, medtem ko se v intervalu med impulzi material dovolj ohladi.
►2. Optimiziranje pomožnega plina – nepogrešljiv sinergijski element
Pomožni plin ima pri laserskem rezanju dvojno vlogo: izmetavanje staljenega materiala in sodelovanje pri kemičnih reakcijah. Izbira plina je še posebej pomembna za materiale,-ki so nagnjeni k oksidaciji, kot sta titan in nikljev klobučevina.
Prednostna izbira: inertni plini-visoke čistosti (npr. argon, ar)
Funkcija: Ustvari zaščitno atmosfero, ki učinkovito izolira rezalni rob pred kisikom in dušikom, da prepreči kemične reakcije pri visokih temperaturah. Istočasno hitri-pretok plina nemudoma odstrani uparjen ali minimalno staljen material iz zareze, kar preprečuje njegovo ponovno-odlaganje in strjevanje na robovih vlaken.
Uporabljajte previdno: kisik/stisnjen zrak
Medtem ko rezanje s kisikom ogljikovega jekla poveča hitrost z eksotermno reakcijo, pri titanu in niklju povzroči močno oksidacijo rezanega roba, ki tvori debelo, krhko plast oksida, ki jo spremlja znatno taljenje, zato se ji je treba strogo izogibati.
3. Ključni nadzor parametrov procesa: doseganje natančnosti "mikrokirurgije"
Tudi pri impulznem laserju in inertnem plinu so nastavitve parametrov zadnji korak, ki določa uspeh.
►Najvišja moč in frekvenca impulza: višja konična moč zagotavlja učinkovito uparjanje materiala, medtem ko se mora ustrezna frekvenca impulza (ni nujno višja, je boljša) ujemati s hitrostjo rezanja, da se zagotovi zadosten čas ohlajanja za vsak impulz.
►Hitrost rezanja: Prenizka hitrost vodi do prekomernega vnosa toplote; prehitro lahko povzroči nepopolne ureznine ali grobe robove. Cilj je uporabiti najvišjo možno hitrost, hkrati pa zagotoviti popolno penetracijo.
►Položaj žarišča: Natančno poravnajte fokus na ali rahlo znotraj površine materiala, da dosežete najmanjši premer točke in najvišjo gostoto energije za finejše rezanje.
►Hitrost pretoka šobe in plina: izberite ustrezen premer šobe in zagotovite zadosten, stabilen pretok inertnega plina-visoke čistosti za oblikovanje učinkovite zaščitne zavese in učinkovite izmetne zmogljivosti.
