Laserleikkausalumiiniosat: Täydellinen opas saavuttaa puhdasta ja tarkkaa leikkausta

Jos olet tutustumassa alumiiniosien leikkaamiseen laserilla, olet todennäköisesti törmännyt turhauttavaan ongelmaan. Alumiinin korkea heijastavuus ja lämmönjohtavuus tekevät siitä maineeltaan vaikean materiaalin. Olen yli vuosikymmenen ajan valvonnut tuhansia projekteja työpajassamme, ohuen elektroniikkakoteloinnin parista paksuihin lämpöpäähän asti. Ero osan reunojen täyttyneiden roskien ja puhtaan, käyttövalmiin komponentin välillä riippuu muutamasta kriittisestä, käytännössä testatusta periaatteesta. Tämä opas näyttää tarkalleen, miten saavuttaa täydelliset leikkaukset.

Miksi kuitulaserit vallankumosivat alumiinileikkauksen

Olkoon selvää: jos yrität leikata alumiinia perinteisellä CO2-laserilla, taistelusi on epätasapuolisessa asemassa. CO2-laserin 10,6 mikrometrin aallonpituus heijastuu suurelta osin alumiinin pinnasta, mikä johtaa liialliseen lämpöön, leveisiin leikkausraitoihin ja huonoon reunaan.

Pelinvaihtaja on 1-mikronin aallonpituudella toimiva kuitulaser. Sen lyhyempi aallonpituus absorboituu huomattavasti tehokkaammin alumiiniin. Kaupassamme vaihdettiin 4 kW:n CO2-laserista 3 kW:n kuitulaseriin, mikä johti 65 %:n vähennykseen leikkausajassa ja reunaan muodostuvan drossin lähes täydelliseen poistumiseen levyissä, joiden paksuus on enintään 8 mm. Alumiinin kanssa tarvitset kuitulaserin.

Parametrien hallinta: Käytännössä testattu asetustapa

Onnistuminen alumiinin laserleikkauksessa on tarkka tiede. Tässä on standardimenettelymme yleisesti leikattaviin alumiinilaatuihin, kuten 5052 ja 6061.

Kriittinen trinitaatti: Kaasu, suutin ja polttopiste

Käytä ensin aina korkealaatuista typpeä (99,99 % tai korkeampi) apukaasuna, äläkä koskaan käytä happea. Happi luo karhean, hapettuneen leikkausreunan, kun taas typpi tuottaa puhtaan, hapetetun reunan. Paine on kriittinen – 3 kW:n laserilla leikattaessa 3 mm alumiinia käytämme noin 16–18 baarin painetta. Riittämätön paine jättää uudelleenjähmettyneen materiaalin alareunaan.

Toiseksi, suuttimen valinta on tärkeää. Käytä korkealaatuista, yhdestä palasta valmistettua suutinta, jonka halkaisija on optimoitu materiaalisi paksuuden mukaan, esimerkiksi 2,0 mm tai 2,5 mm suutinta. Kulunut tai alakertainen suutin aiheuttaa kaasun turbulenssia, joka heikentää leikkausreunan laatua.

Kolmanneksi, aseta polttopiste oikein. Alumiinille polttopiste sijoitetaan tyypillisesti hieman materiaalin pinnan alapuolelle – noin -0,5 mm:stä -1 mm:iin 3 mm levylle. Tämä luo tiukemman ja energisemmän säteen leikkauksen alaosassa, joka auttaa sulan materiaalin poistumisessa.

Oikeiden leikkausparametrien käyttö

Nämä ovat lähtöparametreja, joita on hiontu sisäisesti. Tee aina ensin testileikkaus.

1 mm paksulle 5052-H32 alumiinille käytämme leikkausnopeutta 30 metriä minuutissa, 1,5 mm suutinta, typen painetta 14 barilla ja laserin tehoa noin 1,8 kW. Tämä tuottaa usein peilikirkkaan, melkein drossittoman reunan.

3 mm paksulle 6061-T6-alumiinille hidastamme nopeuden noin 10 metriin minuutissa. Käytämme 2,0 mm suutinta, lisäämme typpipaineen 16 baariin ja käytämme korkeampaa laseritehoa noin 2,7 kW. Tuloksena on sileä reuna vähäisellä roskalla.

6 mm paksulle 5052-H32-alumiinille leikkaamme noin 4,2 metrin minuutissa käyttäen 2,5 mm suutinta, 18 baarin painetta ja täyttä 3,0 kW tehoa. Saat hieman karhean reunan, jossa on jonkin verran mekaanisesti poistettavaa roskaa.

8 mm paksulle 6061-T6-alumiinille menemme vielä hitaammin – noin 2,0 metriä minuutissa – 2,5 mm suuttimella, 20 baarin paineella ja 3,0 kW teholla. Odota karheaa reunaa, joka todennäköisesti vaatii kevyttä viimeistelyä.

Avaintieto: Leikkaa aina 6061-T6 hitaammin kuin 5052. Sen korkeampi piisisältö tekee siitä viskoosimman sulassa muodossa, jolloin tarvitaan hitaampia nopeuksia puhtaan materiaalin poistamiseksi.

Miten laserleikkaus vertautuu muihin menetelmiin

Milloin tulisi käyttää laserleikkausta ja milloin valita toinen prosessi?

Prototyypeihin ja pieniin eriin, joissa on monimutkaisia 2D-geometrioita alumiinilevyissä, kuitulaserleikkaus on paras vaihtoehto. Se tarjoaa nopeimman asennuksen – digitaalisesta tiedostosta osaan muutamissa minuuteissa – ja erinomaisen leikkauksen laadun, joka edellyttää vähän jälkikäsittelyä. Se toimii parhaiten paksuuksilla jopa noin 12–15 mm.

CNC-jyrsintä tai -poraus voi käsitellä mitä tahansa paksuutta ja tarjoaa erittäin hyvän reunalaitteen laadun, vaikka työkalujäljet ovat näkyvissä. Asennusaika on hitaampaa ja kustannukset ovat korkeammat ohuille levyille kiinnitysvarusteiden vuoksi. Se ei ole ideaali monimutkaisiin 2D-profiileihin ohuissa materiaaleissa.

Waterjet-leikkaus voi käsitellä mitä tahansa paksuutta ilman lämpörajoituksia ja tuottaa hyvän, mutta mattapintaisen pinnan lievällä kaltevuudella. Sen asennusnopeus on kohtalaista, mutta jatkuvasti lisättävät abrasivikustannukset kasautuvat, ja se on hitaampi kuin laser ohuissa materiaaleissa.

Leimaus tai kuolevien leikkaus on järkevä vain massatuotantoon – ajattele 10 000+ osaa. Sillä on erittäin korkeat käyttöönotto-kustannukset ja valmistusaikojen pituudet, mutta se tuottaa hyvät, vaikkakin hieman karheutuneet reunat tehokkaasti suurille määrille ohuissa levyissä, jotka ovat alle 3 mm.

Verdictti on selvä: prototyppien, pienille ja keskisille volyymeille sekä monimutkaisille 2D-muodoille alumiinilevyssä kuitulaserleikkaus tarjoaa parhaan yhdistelmän nopeudesta, tarkkuudesta ja kustannustehokkuudesta.

Ylempien ongelmien ja kivuliasten kohtien ratkaiseminen

Alla on ratkaisuja useimpiin ongelmiin, joita olemme diagnosoineet liikkeessämme.

Jos leikatut reunat ovat peitetyt kovalla, hankaavalla drossilla, jota ei voi poistaa, todennäköinen syy on riittämätön apukaasun paine tai saastunut typpeä. Lisää typen painetta 2–3 baaria ja varmista, että käytät "laser-grade"-typpeä, jonka puhdastaso on 99,99 %.

Jos laserpää aiheuttaa toistuvia vikoja tai saat epätasaisia leikkauksia, todennäköisesti koet back-reflektiota alumiinin kiiltävältä pinnalta. Käytä levylle kevyttä lasermerkintänestettä – tämä lisää säteen absorptiota merkittävästi, stabiloi leikkausta ja suojaa laitteistoasi. Se pesee helposti pois leikkauksen jälkeen.

Jos reunoissa on väripilkkuja tai huomattava lämpövaikutusvyöhyke, nopeutesi on todennäköisesti liian hidas tai tehosi liian korkea, mikä aiheuttaa liiallisen lämmön siirtymisen materiaaliin. Optimoi nopeus niin, että se tuottaa vielä puhtaan leikkauksen. Nopeampi, 'kylmempi' leikkaus minimoi lämpövaikutukset, mikä on erityisen tärkeää, jos aiot anodoida osat.

Jälkikäsittely ja lopputyöt

Laserleikattu osa on harvoin lopullinen vaihe. Tässä mitä yleensä tulee seuraavaksi.

Ensimmäiseksi: kiiltojen poisto. Vaikka leikkaus olisi hyvä, siitä saattaa löytyä mikrokilpi. Pieni käsittely hienoraerakenteisella hiomapadilla tai värähtelykiillotuskoneella tekee siitä täydellisen.

Pintakäsittelyssä laserleikatut reunat soveltuvat hyvin harjattuihin tai kiillotettuihin pinnoitteisiin. Helmaluiskaus anodisointia edeltäen luo erityisen yhtenäisen ulkonäön.

Tärkeintä on, että jos aiot anodisoida osiasi: laserleikatulla reunalla on ohut, epämuodostunut oksidikerros, joka voi häiritä anodisointia ja aiheuttaa täplikkään näköisen tuloksen. On aina määriteltävä, että reunat on kemiallisesti puhdistettava tai kevyesti syövitettävä ennen anodisointia – tärkeä vaihe, jonka monet työpajat sivuuttavat.

UKK: Pikavastaukset tärkeimpiin kysymyksiisi

1. Mikä on suurin mahdollinen paksuus alumiinin laserleikkausta varten?

Nykyisin tehokkaiden kuitulaserien (6 kW–12 kW) avulla leikkaus jopa 25 mm:iin on teknisesti mahdollista. Käytännössä kuitenkin hyvien toleranssien ja roskattomien tulosten kannalta suosittelemme maksimipaksuudeksi 12 mm 5052-alustalle ja 10 mm 6061-alustalle. Näitä paksummille materiaaleille vesisuihkuleikkaus tai sorvaus ovat luotettavampia vaihtoehtoja.

2. Vaikuttaako laserleikkaus alumiinitankolejejen, kuten T6:n, kovuuteen?

Kyllä, mutta hyvin paikallisesti. Lämpöön liittyvä vaikutusalue on tyypillisesti vain 0,1–0,3 mm syvyydeltä leikkausreunasta. Useimmille sovelluksille tämä ei heikennä osaa. Jos reuna itsessään on rakenteellisesti kriittinen, kevyt koneenpito voidaan tehdä poistamaan HAZ.

3. Voitko leikata anodisoitua alumiinia laserilla?

Kyllä, mutta varoen. Värjätty anodisoitu kerros absorboi laseria eri tavalla, joten tee aina testileikkaus ensin. Saatat joutua säätämään parametrejä, ja leikatulla reunalla näkyy ohut raaka-alumiinijuova. Leikkauksen lähellä oleva anodisointi saattaa myös hieman muuttua väriltään lämmön vaikutuksesta.

4. Miten saan tarkan tarjouksen laserleikatuista alumiinosista?

Anna toimittajallesi neljä keskeistä tietoa: materiaalilaatuni ja paksuus (esim. 6061-T6, 3 mm), siisti DXF- tai DWG-vektoritiedosto, määräsi sekä mahdolliset jälkikäsittelytarpeet, kuten kiilanpoisto tai anodisointi.

Käytännön huomautus: Mainitut parametrit perustuvat kokemukseemme tietyn IPG-kuitulaserlaitteiston kanssa. Tarkkojen asetusten osalta saattaa olla tarpeen tehdä säätöjä laitteistonne, materiaalieränne ja ympäristönne mukaan. Suorita aina testileikkaukset varmistaaksesi tuotantoasetuksenne.