U industriji sinteriranih metala, kvalitet rezanja je ključan za performanse konačnog proizvoda. Među različitim metodama rezanja, lasersko sečenje se ističe po svojoj visokoj preciznosti, bez-prirodi bez kontakta i fleksibilnosti.
Međutim, pri rezanju poroznih metalnih materijala kao što su titanijum ili nikl filc, tradicionalni laseri sa kontinuiranim{0}}talasima skloni su prekomjernom unosu topline, što dovodi do topljenja rubova, formiranja ponovnog sloja, pa čak i blokade pora. Ovo ozbiljno ugrožava propusnost materijala, katalitičku aktivnost ili efikasnost filtracije.
Ovaj članak se bavi naprednim laserskim procesima i tehnologijama koje u osnovi rješavaju ovaj izazov.
1. Osnovni uzrok: Zašto dolazi do topljenja ivica?
Razumijevanje uzroka ključno je za pronalaženje rješenja. Suština topljenja rubova je "pregrijavanje".
Efekat akumulacije toplote: Metalni filc se sastoji od međusobno povezanih vlakana. Iako je njegova toplotna provodljivost bolja od polimernog filca, njegova trodimenzionalna porozna struktura rezultira diskontinuiranim putevima provođenja topline i nižim toplinskim kapacitetom u poređenju sa čvrstim metalnim limovima. Kontinuirani unos energije iz CW lasera uzrokuje da se toplina brzo akumulira u zoni rezanja-koja prelazi tačku topljenja materijala-prije nego što može difundirati u rasuti materijal.
Karakteristike materijala: Titan i nikl su reaktivni metali, pri čemu titanijum ima visok afinitet za kiseonik i azot. Na visokim temperaturama, rezane ivice se podvrgavaju oksidaciji i nitridaciji, formirajući tvrde i lomljive slojeve smjese. Ovo je praćeno ponovnim-očvršćavanjem rastaljenog materijala, što uništava izvornu strukturu vlakana i poroznost.
2. Rješenje: tehnološki skok sa "kontinuiranog" na "pulzivno"
Osnovni princip je da se smanji ukupni unos toplote i obezbedi dovoljno "vreme hlađenja" za materijal. To se prvenstveno postiže kroz dvije ključne tehnologije:
►1. Usvajanje pulsnih optičkih lasera – osnovno rješenje
Za razliku od lasera sa kontinuiranim-talasima, pulsni laseri emituju "laserske impulse" na vrlo visokim frekvencijama i izuzetno kratkog trajanja (nivoi nanosekunde, pikosekunde ili čak femtosekunde). Svaki impuls stvara malu tačku ablacije ili isparavanja, dok se tokom intervala između impulsa materijal dovoljno hladi.
►2. Optimiziranje pomoćnog plina – nezamjenjiv sinergistički element
Pomoćni plin ima dvostruku ulogu u laserskom rezanju: izbacivanje rastopljenog materijala i sudjelovanje u kemijskim reakcijama. Izbor plina je posebno kritičan za materijale{1}}sklone oksidaciji kao što su titan i nikl.
Preferirani izbor: inertni plinovi visoke-čistoće (npr. Argon, Ar)
Funkcija: Stvara zaštitnu atmosferu, efikasno izolujući reznu ivicu od kiseonika i azota kako bi se sprečile hemijske reakcije na visokim temperaturama. Istovremeno, -brzi protok gasa odmah uklanja ispareni ili minimalno rastopljeni materijal iz utora, sprečavajući njegovo ponovno-taloženje i skrućivanje na ivicama vlakana.
Koristite oprezno: kiseonik/komprimovani vazduh
Dok rezanje ugljičnog čelika kisikom povećava brzinu kroz egzotermnu reakciju, za titan i nikl, ono uzrokuje tešku oksidaciju ruba reza, formirajući debeo, krhki sloj oksida praćen značajnim topljenjem, te ga treba strogo izbjegavati.
3. Ključna kontrola parametara procesa: postizanje precizne "mikrohirurgije"
Čak i sa impulsnim laserom i inertnim gasom, podešavanja parametara su poslednji korak koji određuje uspeh.
►Vršna snaga i frekvencija impulsa: Veća vršna snaga osigurava efektivno isparavanje materijala, dok odgovarajuća frekvencija impulsa (nije nužno veća je bolja) mora odgovarati brzini rezanja kako bi se osiguralo dovoljno vremena hlađenja za svaki impuls.
►Brzina rezanja: Presla brzina dovodi do prekomjernog unosa topline; prebrzo može dovesti do nepotpunih rezova ili grubih ivica. Cilj je iskoristiti najveću moguću brzinu uz osiguranje potpunog prodora.
►Fokalni položaj: Precizno poravnajte fokus na ili malo unutar površine materijala kako biste postigli najmanji prečnik tačke i najveću gustinu energije za finije sečenje.
►Brzina protoka mlaznice i gasa: Odaberite odgovarajući prečnik mlaznice i osigurajte dovoljan, stabilan protok inertnog gasa visoke-čistoće kako biste formirali efikasnu zaštitnu zavjesu i efikasnu sposobnost izbacivanja.
