Laserové řezání hliníkových dílů: Kompletní průvodce pro dosažení čistých a přesných řezů

Pokud uvažujete o laserovém řezání hliníkových dílů, pravděpodobně jste narazili na frustrující překážku. Vysoká odrazivost a tepelná vodivost hliníku jej totiž známým způsobem komplikují. Během více než deseti let v provozu dílny jsem dohlížel na tisíce projektů, od tenkých elektronických skříní po silné chladiče. Rozdíl mezi dílem s hranami pokrytými struskou a čistým, okamžitě použitelným komponentem spočívá v několika klíčových, prakticky ověřených principech. Tento průvodce vás krok za krokem provede cestou k dokonalému řezu.

Proč vláknové lasery změnily řezání hliníku

Je to jednoduché: pokud se pokoušíte řezat hliník pomocí tradičního CO2 laseru, bojujete na prohrané pozici. Vlnová délka 10,6 mikronu u CO2 laseru je povrchem hliníku většinou odrážena, což vede k nadměrnému ohřevu, širokým řezům a špatné kvalitě hrany.

Hrou během je vláknový laser s vlnovou délkou 1 mikron. Jeho kratší vlnová délka je mnohem účinněji pohlcována hliníkem. Přechod našeho provozu z CO2 laseru 4 kW na vláknový laser 3 kW vedl ke snížení doby řezání o 65 % a téměř úplnému odstranění okrajového nátěku u plechů tlustých až 8 mm. Pro řezání hliníku potřebujete vláknový laser.

Ovládnutí parametrů: Nastavení ověřené na pracovišti

Úspěch při laserovém řezání hliníku je přesná věda. Zde je náš standardní postup pro běžně řezané třídy hliníku, jako jsou 5052 a 6061.

Kritická trojice: Plyn, tryska a zaostření

Nejprve vždy používejte dusík vysoké čistoty (99,99 % nebo vyšší) jako asistenční plyn, nikdy ne kyslík. Kyslík vytváří drsný, oxidovaný řez, zatímco dusík zajišťuje čistý, bezešvý řez bez oxidace. Tlak je kritický – u 3kW laseru řezajícího hliník 3 mm používáme tlak přibližně 16–18 bar. Nedostatečný tlak ponechává přetavený materiál na dolním okraji.

Za druhé je důležitý výběr trysky. Použijte vysoce kvalitní jednodílnou trysku s průměrem optimalizovaným pro tloušťku vašeho materiálu, například trysku o průměru 2,0 mm nebo 2,5 mm. Opotřebená nebo nízkokvalitní tryska způsobuje turbulenci plynu, která zkazí kvalitu řezu.

Za třetí správně nastavte ohniskový bod. U hliníku jej obvykle nastavujeme mírně pod povrchem materiálu – přibližně -0,5 mm až -1 mm u plechu 3 mm. Tím vznikne úžeší a intenzivnější paprsek na spodní straně řezu, který pomáhá odstraňovat roztavený materiál.

Skutečné parametry řezání

Toto jsou naše výchozí parametry, doladěné interně. Vždy nejprve proveďte zkušební řez.

Pro 5052-H32 hliník o tloušťce 1 mm používáme rychlost řezání 30 metrů za minutu, trysku 1,5 mm, tlak dusíku 14 barů a výkon laseru přibližně 1,8 kW. Tím obvykle dosáhneme zrcadlově hladkého a téměř bezobsažkového řezu.

U hliníku 6061-T6 o tloušťce 3 mm snižujeme rychlost na přibližně 10 metrů za minutu. Používáme trysku 2,0 mm, zvyšujeme tlak dusíku na 16 barů a vyšší výkon laseru kolem 2,7 kW. Výsledkem je hladký řez s minimálním množstvím odloupnutí.

U hliníku 5052-H32 o tloušťce 6 mm řežeme přibližně rychlostí 4,2 metry za minutu s tryskou 2,5 mm, tlakem 18 barů a plným výkonem 3,0 kW. Získáte mírně strukturovaný řez s několika mechanicky odstranitelnými odloupnutími.

U hliníku 6061-T6 o tloušťce 8 mm postupujeme ještě pomaleji – přibližně 2,0 metry za minutu – s tryskou 2,5 mm, tlakem 20 barů a výkonem 3,0 kW. Lze očekávat strukturovaný řez, který bude pravděpodobně vyžadovat lehké odhrubování.

Klíčový poznatek: Hliník 6061-T6 vždy řežte pomaleji než 5052. Jeho vyšší obsah křemíku způsobuje větší viskozitu v roztaveném stavu, což vyžaduje pomalejší rychlosti pro čisté odstranění materiálu.

Jak se laserové řezání porovnává s jinými metodami

Kdy použít laserové řezání a kdy zvolit jiný proces?

U prototypů a malých sérií s komplexními 2D geometriemi z hliníkového plechu je nejlepší volbou řezání pomocí vláknového laseru. Nabízí nejrychlejší nastavení – od digitálního souboru k dílu během několika minut – s vynikající kvalitou řezu, která vyžaduje minimální dodatečné opracování. Nejlépe funguje u tlouštěk až přibližně 12–15 mm.

CNC frézování dokáže zpracovat jakoukoli tloušťku a poskytuje velmi dobrou kvalitu okrajů, i když jsou viditelné stopy nástroje. Nastavení trvá déle a náklady na tenký plech jsou vyšší kvůli požadavkům na upínání. Není ideální pro složité 2D profily z tenkého materiálu.

Hydroabrazivní řezání zvládne jakoukoli tloušťku bez tepelných omezení a vytváří kvalitní, ale matný povrch se slabým kuželovitým zkosením. Rychlost nastavení je střední, ale průběžné náklady na abrazivum se postupně sčítají a u tenkých materiálů je pomalejší než laser.

Punchování nebo hydraulické stříhání je vhodné pouze pro sériovou výrobu – tedy například 10 000 a více dílů. Má velmi vysoké počáteční náklady a dodací lhůty, ale efektivně vyrábí dobré, i když mírně otřepané hrany při vysokých objemech u tenkých plechů pod 3 mm.

Závěr je jasný: pro prototypovou výrobu, malé až střední série a složité 2D tvary z hliníkového plechu nabízí vláknové laserové řezání nejlepší kombinaci rychlosti, přesnosti a nákladové efektivity.

Řešení běžných problémů a obtíží

Níže jsou uvedena řešení nejčastějších problémů, které jsme diagnostikovali ve své dílně.

Pokud jsou řezné hrany pokryty tvrdým, drsným popelcem, který nelze odstranit, pravděpodobnou příčinou je nedostatečný tlak asistenčního plynu nebo kontaminovaný dusík. Zvyšte tlak dusíku o 2–3 baru a ujistěte se, že používáte dusík „vhodný pro laser“ s čistotou 99,99 %.

Pokud dochází k opakovaným chybám laserové hlavy nebo získáváte nekonzistentní řezy, pravděpodobně se setkáváte s odrazem paprsku od lesklého povrchu hliníku. Naneste tenkou vrstvu značkovací kapaliny vhodné pro laser na plech – to výrazně zvýší absorpci paprsku, stabilizuje řezání a chrání vaše zařízení. Po dokončení řezání se kapalina snadno smyje.

Pokud jsou hrany zbarvené nebo mají patrnou tepelně ovlivněnou zónu, je pravděpodobně rychlost příliš nízká nebo výkon příliš vysoký, čímž se do materiálu dostává nadměrné množství tepla. Optimalizujte nastavení na maximální rychlost, která stále poskytuje čistý řez. Rychlejší, „chladnější“ řez minimalizuje tepelné vlivy, což je obzvláště důležité, pokud plánujete díly anodizovat.

Zpracování a dokončení

Laserem vyříznutá součástka zřídka bývá konečným produktem. Následující kroky jsou obvykle tyto.

Nejprve odstranění otřepů: I kvalitní řez může mít mikroskopické otřepy. Rychlé ošetření jemným brusným papírem nebo vibračním zařízením na odstraňování otřepů jej dokonale vyčistí.

U povrchové úpravy se laserem řezané hrany dobře hodí pro matně leštěné nebo polované povrchy. Pískování před anodizací vytváří obzvláště rovnoměrný vzhled.

Nejdůležitější je, že pokud plánujete anodizaci dílů: laserem řezaná hrana má tenkou amorfní oxidovou vrstvu, která může anodizaci narušit a způsobit nerovnoměrný vzhled. Vždy uveďte, že hrany musí být před anodizací chemicky očištěny nebo mírně nažluknuty – tento zásadní krok mnohé dílny opomíjejí.

Často kladené otázky: Rychlé odpovědi na vaše hlavní dotazy

1. Jaká je maximální tloušťka hliníku pro laserové řezání?

S moderními vysokovýkonnými vláknovými lasery (6 kW–12 kW) je technicky možné řezat až do 25 mm. Pro praktické výsledky bez odloupnutí a s dobrými tolerancemi však doporučujeme maximálně 12 mm pro slitinu 5052 a 10 mm pro slitinu 6061. U větších tlouštěk jsou spolehlivější metody jako vodní paprsek nebo frézování.

2. Ovlivňuje laserové řezání tepelné zpracování hliníkových slitin, jako je T6?

Ano, ale velmi lokálně. Zóna tepelného ovlivnění je typicky hluboká jen 0,1–0,3 mm od řezné hrany. U většiny aplikací to nedegraduje vlastnosti dílu. Pokud je samotná hrana konstrukčně kritická, lze zónu HAZ odstranit lehkým obráběním.

3. Lze laserem řezat anodizovaný hliník?

Ano, ale opatrně. Barevná anodizovaná vrstva jinak pohlcuje laserové záření, proto vždy nejprve proveďte zkušební řez. Možná bude nutné upravit parametry a na řezné hraně se objeví úzký proužek syrového hliníku. Anodizace v blízkosti řezu se také může mírně změnit vlivem tepla.

4. Jak získám přesnou cenovou nabídku na laserem řezané hliníkové díly?

Zadejte dodavateli čtyři klíčové informace: třídu a tloušťku materiálu (např. 6061-T6, 3 mm), čistý vektorový soubor ve formátu DXF nebo DWG, požadované množství a jakékoliv potřeby ohledně dodatečného zpracování, jako je odstraňování otřepů nebo anodizace.

Praktická poznámka: Uvedené parametry pocházejí z našich zkušeností se specifickým IPG vláknovým laserovým zařízením. Vaše přesné nastavení může vyžadovat úpravy v závislosti na vašem stroji, materiálové várce a prostředí. Vždy proveďte testovací řezy, abyste finálně určili provozní parametry.