Diplo Laser

Mainski fakultet Univerzitet u Kragujevcu Kragujevac

Diplomske akademske studije - Master

DIPLOMSKI RAD

Tema:

Kvalitet obrade laserom

Student: Mentor:

Jakovljevi Jovan 322/2008 Prof. dr Bogdan Nedi

Diplomski rad Mainski fakultet - Kragujevac

2

Sadraj:

1. Uvod

3

2. Industrijski laser 5

2.1 Istorijat i razvoj lasera 5

2.2 Princip rada i opis lasera 6

2.3 Vrste lasera 7

2.3.1 vrsti laseri 8

2.3.2 Teni laseri 10

2.3.3 Gasni laseri 11

2.4 Princip laserske obrade 12

3. Tehnoloke operacije laserske obrade 15

3.1 Lasersko buenje 15

3.2 Larsersko seenje 16

3.3 Lasersko zavarivanje 21

3.4 Lasersko graviranje

4. Oprema za obradu laserom i primeri primene

3.1 Maine za lasersku obradu lima seenjem

3.2 Maine za lasersko graviranje

3.3 Primeri primene laserskog seenja

3.4 Primeri primene laserskog graviranja

5. Laserska maina Bystronic - Bystar 3015

5.1 Namena maine

5.2 Osnovne karakteristike

5.3 Osnovni delovi laserske maine

5.3.1 Upravljaka jedinica

5.3.2 Upravljaki terminal

5.3.3 Laserski modul Bylaser 5200 ARC

6. Eksperimentalna ispitivanja

6.1 Uslovi ispitivanja

7. Zakljuak

27

24

24

27

28

30

33

33

33

34

34

35

37

47

50

69

8. Literatura 70


3

1. UVOD

U okviru globalne konkurencije na domaem i svetskom tritu savremena proizvodnja je

izloena intenzivnim pritiscima za poveanjem kvaliteta, smanjenjem vremena izrade,

smanjenjem cene i fleksibilnim promenama proizvodnog programa u cilju zadovoljenja

promenljivih i sve sloenijih zahteva kupaca. Poveanje konkurentnosti i obezbeenje potrebnog

nivoa kvaliteta proizvodnje, kao jednog od vrhunskih zahteva, direktno je povezano sa

uvoenjem novih tehnologija. Laserska obrada je u tom smislu jedna savremena tehnologija koja

je brzo postala potreba u skoro svim proizvodnim industrijama.

Za primene u mnogim oblastima laserska obrada je najprecizniji i najekonominiji

metod na raspolaganju. Za neke, laserska obrada je jedini metod. Od svih postupaka laserske

obrade najrasprostranjenije je lasersko seenje. Snop laserskih zraka je novi univerzalni rezni

alat koji moe praktino da see gotovo sve poznate materijale. Proizvoai prototipova znaju da

je lasersko seenje ekonomina alternativa drugim metodama seenja. U odnosu na postupke

gasnog seenja, seenja testerom i prosecanja prednosti laserskog seenja su: uzan rez,

minimalna zona toplotnog uticaja, pravilan profil reza, glatke i ravne ivice, minimalna ili

nikakva deformacija radnog predmeta, mogunost obrade velikim brzinama, izrada sloenih

profila i brza adaptacija na promenu proizvodnog programa. Brzinom, fleksibilnou i

preciznou, koje su karakteristike laserskog seenja, trokovi proizvodnje se rapidno smanjuju i

brzo vraa investicija.

Tehnoloki problemi u vezi primene laserskog seenja su u nedovoljnom poznavanju primene

laserske tehnike sa jedne strane i nepostojanju dovoljno pouzdanih praktinih podataka i znanja

o uticajnim parametrima na sam proces obrade sa druge strane. Posledica toga je nedovoljna

iskorienost tehnologije laserske obrade s obzirom na mogunosti koje ona prua. Radi daljeg

napretka i usavravanja procesa laserskog seenja poela su da se vre svestrana izuavanja

teoretskih osnova i vre eksperimentalna istraivanja. Dosadanja teoretska i eksperimentalna

istraivanja bavila su se, uglavnom, mogunou primene lasera za razliite namene i vrste

obrada. Mali broj istraivaa je objavio radove koji obrauju problematiku tehnologije laserskog

seenja, posebno kvaliteta obrade kod laserskog seenja. Iz tog razloga vre se istraivanja u

oblasti laserskog seenja koja imaju za cilj da se ustanove i uspostave zakonitosti izmeu

kvaliteta obrade i uticajnih faktora procesa obrade.

Cilj ovog rada je upoznavanje sa tehnologijom industrijskih lasera sa posebnim osvrtom

na tehnologiju laserskog seenja kao i eksperimentalno utvrivanje zavisnosti kvaliteta obrade

od radnih parametara laserske maine.

U drugom poglavlju je dat istorijat i razvoj lasera, osnovni principi rada i vrste lasera.

U treem poglavlju su prikazane osnovne tehnoloke oprecije laserske obrade. Date su

osnovne informacije o obradama laserom kao to su: buenje, seenje, termika obrada,

graviranje i zavarivanje.

U etvrtom poglavlju dat je pregled opreme za obradu laserom kao i primeri primene.

U petom poglavlju je opisana laserska maina - Bystronic Bystar 3015, njena namena i

osnovne tehnike karakteristike.


4

U petom poglavlju dato je eksperimentalno utvrivanje zavisnosti kvaliteta obrade od

radnih parametara.

Na kraju rada dati su zakljuci i pregled koriene literature.


5

2. INDUSTRIJSKI LASER

2.1 Istorijat i razvoj lasera

Laser predstavlja svetlost elektromagnetnih talasa u vidljivom spektru. 1704. godine

Njutn je okarakterisao svetlost kao strujanje malih delia (estica). Jangov eksperiment obavljen

1803. godine i neposredno otkrie polarizacije svetlosti su ubedile naunike u ono vreme da

svetlost ima sposobnost talasanja. Maksvelova elektromagnetna teorija je objasnila pojam

svetlosti kao brzinu vibracija u elektromagnetnom polju prouzrokovanih oscilovanjem estica.

Prvi laser je pronaen u Majamiju, maja 1960. godine. To je bio rubinov laser izuzetne

vrstoe. Mnoge vrste lasera su pronaene uskoro posle rubinovog lasera - prvi uranijum laser u

IBM (novembar 1960. godine), prvi helijum-neonski laser 1961. godine, prvi Nd laser: YAG-

laser i CO2 laser 1964. godine, Ar laser 1964. godine, hemijski laser 1965. godine. Kada

poznajemo principe lasera, ovo nije isuvie veliko iznenaenje. Ali iroki i kontinualni razvoj i

primena lasera su zaista izvanredni i predstavljaju preko udo.

Laserski snop, koji emituje lasersko telo razlikuje se od drugih poznatih vidova svetlosti:

laserski zraci su monohromatski, tj. imaju samo jednu odreenu talasnu duinu;

laserski zrak je visokokoherentan, sa paralelnim zracima iste faze;

laserski zrak moe da se fokusira na veoma malu povrinu i da obezbedi visoku

gustinu.

Za poslednjih 16 do 18 godina tehnoloki procesi koji se baziraju na lokalnom

zagrevanju obraivane povrine pomou lasera, dobijaju znaajan razvoj i primenu. Zahvaljujui

visokom fokusiranju laserskog snopa, visokoj gustini energije snopa, mogunosti jednostavnog

upravljanja laserskim snopom i obrade u veoma razliitim sredinama, obrada laserom dobija sve

vei znaaj i ima niz prednosti u odnosu na ostale nekonvencionalne postupke obrade (slika 2.1).

Ovaj novi pravac obrade materijala dobio je naziv laserska tehnologija.

Slika 2.1 Principijelna ema formiranja laserskog snopa


6

2.2 Princip rada i opis lasera

Princip rada lasera bazira se na svojstvu emitera-aktivne sredine (vrsto telo, tenost,

gas) da u kratkom vremenskom intervalu, od nekoliko milisekundi emituje u obliku svetlosnog

zraenja deo prethodno uloene energije. Kod lasera sa vrstim emiterom, pobuivanje zraenja

obino se vri prethodnim obasjavanjem aktivne sredine svetlou lampe bljeskavice. Kod

rubinskog lasera, na primer, koristi se impulsna ksenonova lampa, iako ova lampa emituje

svetlost u irokom intervalu talasnih duina, blisku sunevoj, za postizanje laserskog efekta

koristi se samo uska plavozelena oblast =560 nm. Zbog toga, kao i zbog nekorisnog zagrevanja sredine, spontanog zraenja, gubitka u rezonatoru i aktivnoj sredini, stepen korisnog dejstva

kristalnog lasera je mali (1-4%).

Polarni vetaki kristal rubina veliine olovke =7 mm i l=125 mm, stavlja se unutar spiralne impulsne lampe ili paralelno sa pravom lampom. Gornje elo kristala je posrebreno, a

donje je poluposrebreno, ili se blizu ela kristala stave dva kvalitetna ogledala, strogo paralelna i

normalna na osu kristala, koja predstavljaju optiki rezonator. Oko rubinskog tapa i lampe

nalazi se plat sa reflektujuom povrinom.

Kod savremenih lasera svi elementi lasera stavljaju se u omota lasera koji se hladi

posebnim sistemom hlaenja vazdunim ili vodenim. Impulsna lampa spojena je sa impulsnim

generatorom snage 2-6 kW. Impulsni generator sastoji se od izvora napajanja visokog napona, od

1000 V i vie, koji preko ispravljaa napaja baterije kondenzatora.

ema obrade i laser sa vrstim emiterom od rubinskog kristala dati su na slici 2.2:

Slika 2.2 ema obrade rubinskog lasera

Pomou optikog sistema fokusira se laserski snop na predmet obrade postavljen na

radnom stolu.

Do ukljuenja impulsne lampe, joni hroma se nalaze u osnovnom stanju (beli

kruii). Kada se kristal rubina osvetli snanom lampom (isprekidane strelice) joni hroma

apsorpcijom upadnih fotona bivaju pobueni na jedan od viih energetskih nivoa (b, c - crni

kruii). Sa viih energetskih nivoa joni hroma prelaze ne zraei svetlost (viak energije se

predaje kristalnoj reetci) na metastabilni nivo. Sa metastabilnog nivoa vre indukovane prelaze

u osnovno stanje i emituju fotone odreene energije. Svaki emitovani foton (crna strelica)


7

indukuje prelaz sledeeg jona i broj fotona se poveava. Efekat pojaanja postoji za one fotone

koji se kreu paralelno osi cilindrinog kristala (d, e). Nakon nekoliko uzastopnih refleksija na

eonim ploama snani fluks fotona prolazi kroz poluposrebreno oledalo (f).

Slika 2.3 Pojave koje se deavaju u rubinskom laseru

2.3 Vrste lasera

Postoji vie kriterijuma za podelu lasera. Na slici 2.4 prikazana je najea podela.

VRSTI LASERI: Rubinski laser, Stakleni laser, Nd: YAG laser, Poluprovodniki laseri.

TENI LASERI: Laseri na bazi neorganske tenosti, Laseri na bazi organskih boja.

GASNI LASERI: CO2 laser.


8

Slika 2.4 Podela lasera

2.3.1 vrsti laseri

Laseri sa vrstim telom nali su primenu u obradi metala i nemetala. Na slici 2.5 data je

podela vrstih lasera.

Slika 2.5 Podela vrstih lasera

Kao aktivna sredina kod lasera na bazi vrstih tela koristi se kristalno ili amorfno telo.

vrsta tela imaju znatno veu koncentraciju aktivnih estica nego gasovi.

Zbog toga je naseljenost energetskih nivoa u vrstim telima mnogo vea od naseljenosti

energetskih nivoa u gasovima. vrsto telo kao optika sredina ima manju optiku homogenost

nego gasovi, to uslovljava vee disperzione gubitke svetlosti i smanjenje kvaliteta rezonatora

pri njegovoj veoj duini, pa zato nema smisla proizvoditi aktivne elemente vee duine. Aktivni

elementi ovih lasera ne prelaze duinu od 60 cm za optiki najhomogenije materijale.

Rubinski laser

Meu laserima sa vrstim telom najpoznatiji je rubinski laser. On je izraen na bazi

laserskog tela od kristalnog sintetikog rubina (Al2O3) u vidu cilindra (10 x 10 mm) sa dodatkom

0.5 trovalentnog hroma (Cr+++). Rubin je mineral bledo ruiaste boje do jarko crvene boje,

pri emu preovladava crvena boja talasne duine svetlosti = 0.6943 m.

Rubinski laseri mogu da rade u impulsnom (sa energijom od nekoliko J) i kontinualnom

reimu (sa energijom do 100 J). Zbog velikog zagerevanja i malog stepena iskorienja koji


9

iznosi 1, rubinski laseri se u veini sluajeva koriste kao impulsni. Laseri koji rade u

kontinualnom reimu obino se hlade posebnim sistemom za hlaenje.

Rubinski laser je prvi laser koji je poeo da se koristi za buenje dijamanta i alata za

izvlaenje tanke ice. Ovaj laser u mainstvu se koristi za buenje malih otvora kod razliitih

materijala i za takasto zavarivanje.

Stakleni laser

Stakleni laseri se sastoje od visokoprozirnog staklenog tela u kome su disperzno

rasporeeni joni niodijuma Nd+++, kao aktivna sredina.

Postoje dva vida staklenih lasera:

laseri od silikatnog stakla sa = 1.062 m i

laseri od fosfatnog stakla sa = 1.054 m.

Stakleni laseri imaju relativno visok koeficijent korisnog dejstva (do 3 ) pri maloj

energiji impulsa od 20 J. Izrada tela staklenih lasera je jednostavna, pri emu mogu da se izrade i

relativno velika laserska tela, a da se povea izlazna energija lasera do preko 1000 J. Meutim,

staklo ima loa termofizika svojstva (slaba toplotna provodljivost i otpornost), zbog ega se ne

moe raditi sa velikim frekvencijama. Osim toga staklo odlikuje velika optika raznorodnost

(naroito silikatna stakla), pa nagomilavanje izlazne energije vodi ka poveem rasturanju

laserskog snopa.

Vea zastupljenost ovih lasera u poreenju sa rubinskim je u nioj ceni i mogunosti da

rade u irokom dijapazonu energije 11000 J. Postoje stakleni laseri i sa takozvanim gigantskim

impulsom sa energijom od 104 do 105 J.

Nd: YAG laser

Jedan od najvanijih lasera koji ima mnogobrojne industrijske i naune primene je Nd:

YAG laser (neodijumski laser). YAG je skraeni naziv za itrijev aluminijev granat Y3Al5O12 koji

predstavlja najei izvor laserskog zraenja. YAG spada u grupu vrlo tvrdih materijala.

Zahvaljujui visokoj tvrdoi obrada YAG-a je oteana, jer zahteva dijamantska sredstva.

YAG laser odlikuje visoka prozirnost i visok stepen poliranja. Njegova znaajna prednost

u odnosu na rubinske, a naroito u odnosu na staklene lasere, je visoka toplotna provodljivost i

otpornost, kao i mala osetljivost na visoke temperaturne gradijente, ime je omogueno njegovo

intenzivno hlaenje. Zahvaljujui ovakvim termofizikim svojstvima ovaj laser moe da radi

kako u impulsnom, tako i u kontinualnom reimu rada. U impulsnom reimu ovaj laser oslobaa

energiju od nekoliko stotina mJ u osnovnom modu, sa frekvencijom od 150 Hz. U

kontinualnomreimu snaga njegove emisije je izmeu 1 i 20 W.

Nd: YAG laser je karakteristian po obliku, jer se izrauje u obliku tapova sa poliranim

krajevima, to zahteva poseban tehnoloki postupak.


10

Poluprovodniki laseri

Poluprovodniki laseri se danas izrauju sa relativno malom jainom pa nisu nali

primenu u obradi metala i nemetala. Imaju relativno iroku primenu u mernoj tehnici, holografiji,

fotografskoj tehnici itd.

2.3.2 Teni laseri

Kao aktivna sredina u laserima na bazi tenosti koriste se rastvori neorganskih jedinjenja

retkih elemenata i rastvori organskih boja. Razlikuje se dve vrste lasera na bazi tenosti:

laseri sa rastvorima neorganskih jedinjenja i

laseri sa rastvorima organskih jedinjenja.

U laserima na bazi tenosti postie se ista koncentracija aktivnih estica kao i u aktivnoj sredini

na bazi vrstih tela, tako da se moe dobiti velika energija zraenja po jedinici zapremine.

Tenost je optiki homogenija od vrstog tela, pa su zato u tenosti manji gubici zraenja nego u

vrstim telima, u kojima postoje razni defekti u strukturi. Hlaenje tenosti kao aktivne sredine

vri se cirkulacijom to predstavlj jednostavnu i efikasnu metodu. Nedostatak lasera na bazi

tenosti predstavlja vremenska nestabilnost rastvora. U rastvoru se ve nakon 12 meseca

stvaraju talozi koji bitno smanjuju lasersko zraenje.

Izborom organskog jedinjenja postie se odgovarajue talasno podruje u kojem laser

moe da zrai, a ukljuivanjem selektovnih elemenata u rezonator postie se lasersko zraenje na

eljenoj talasnoj duini unutar talasnog podruja. Ovakvi laseri mogu raditi i u kontinualnom i u

impulsnom reimu, dok se laseri sa neorganskim rastvorima koriste samo u impulsnom reimu.

Pobuivanje lasera na bazi tenosti vri se optikim pumpanjem.

Laseri na bazi neorganske tenosti

Sada se razvijaju uglavnom laseri na bazi rastvorenih soli neodijuma u neorganskim

tenostima. Kao rastvarai koriste se tenosti kao to su: SeOCl2 i SnCl4, to se pie u obliku:

Nd3+:SeOCl2:SnCl4. Isto tako postoje rastvori: Nd3+:POCl3: SnCl4. Kao emisioni prelazi na ovim

jedinjenjima koriste se isti prelazi jona kao i u Nd laserima na bazi stakla.

Apsorpcioni i emisioni spektri Nd lasera na bazi tenosti i Nd lasera na bazi stakla veoma

su slini, tako da ovu vrstu tenih lasera moemo tretirati kao varijantu YAG lasera.

Laseri na bazi organskih boja

Laseri na bazi organskih boja predstavljaju novu vrstu lasera koja se svojim specifinim

osobinama izdvaja iz grupe tenih lasera. Karakterie ih mogunost kontinualnog menjanja

talasne duine laserske emisije u irokom intervalu, to je posledica osobine organskih boja da

poseduju relativno uzane laserske prelaze. Kao organska jedinjenja koja nazivamo organskim


11

bojama, a koriste se kao aktivna sredina, najee se upotrebljavaju: rodamin 6G, rodamin 6,

kumarin 2, kumarin 6, itd.

Organske boje su sloena organska jedinjenja koja jako apsorbuju vidljivu svetlost.

Obino se sastoje iz benzenskih (C6H6), piridinskih (C6H5N), azotnih (C4H4N2) i drugih

prstenova. Veina boja u rastvorima ima jonski karakter. Aktivna sredina, u ovom

sluajuorganska boja, rastvorena je u pogodnom rastvarau. Kao rastvara koriste se alkohol,

benzin, etanol ali je u upotrebi i plastika sa dispergovanom bojom. U prvim tipovima ovakvih

lasera pobuda se vrila pomou rubinskih lasera, ali se kasnije pokazalo da se pumpanje moe

ostvariti i pomou bljetalica.

2.3.3 Gasni laseri

Postoji vie vrsta lasera, koji se meusobno razlikuju po vrsti gasa koji obrazuje aktivnu

sredinu, te po nainu ostvarivanja sredine sa inverznom naseljenou. U odnosu na ostala tela

gasovi imaju tano odreene energetske nivoe pojedinih atoma ili molekula, pa zato postoji niz

moguih prelaza sa nivoa na nivo u razliitim gasovima. Druga karakteristika gasova je njihova

optika homogenost. Gustina gasa je mala, pa zbog toga u gasovima ne dolazi do disperzije

svetlosti i izoblienja svetlosnog zraka. Upravo ova osobina gasova dozvoljava da rastojanje

izmeu ogledala u optikom rezonatoru gasnih lasera bude veliko, ime se lake postie

monohromatinost i bolj usmerenost laserskog zraka. S druge strane, gas kao aktivna sredina ima

i odreene nedostatke: gustina gasa je znatno nia od gustine vrstih tela, pa se zato u jedinici

zapremine ne moe postii velika koliina pobuenih atoma koji emituju svetlost, kao u vrstim

telu. Zbog toga se u gasnim laserima ne moe postii impuls velike snage kao u vrstim telima.

Inverzna naseljenost u ovim laserima postie se pobudom atoma ili molekula gasa pri njihovom

sudaru sa brzim slobodnim elektronima za vreme pranjenja gasa. Pritisak gasa u ovakvim

laserima iznosi od 10-3 do 10-2 Pa.

U praksi razlikujemo tri tipa lasera na bazi pranjenja gasova:

lasere sa neutralnim atomima,

jonske lasere i

molekularne lasere.

Ovi laseri se meusobno razlikuju po mehanizmu nastajanja inverzne naseljenosti i po talasnoj

duini zraenja.

CO2laser

Telo CO2 lasera se sastoji od gasne smee CO2, He i N2, pri emu aktivnu sredinu ine

molekuli CO2. Na slici 2.6 prikazana je principijelna ema CO2 lasera.

CO2 laseri se odlikuju visokom monohromatinou i velikim koeficijentom korisnog

dejstva. Laserski snop ima talasnu duinu svetlosti = 10.6 m, koja je deset puta vea od staklenih i YAG-lasera. Ovi laseri mogu da rade u impulsnom i kontinualnom reimu, a kao

industrijski laseri imaju snagu i do 15 kW. CO2 laserima moe da se vri buenje, seenje,

zavarivanje, markiranje, termika obrada na razliitim materijalima, nanoenje tvrdih prevlaka

itd.


12

Poveanje temperature gasa na lasersko telo, koje dovodi do elektrinog pranjenja, vodi

ka izrazitom smanjenju izlazne snage, zbog ega je potrebno intenzivno hlaenje gasne smee.

Prema nainu hlaenja, CO2 laseri se dele na:

laseri sa difuznim hlaenjem i

laseri sa konvencionalnim hlaenjem.

Pri difuznom hlaenju, gasna smea se hladi hlaenjem laserskog tela, a pri

konvencionalnom hlaenju, izmenom gasne smee u laserskom telu a potom njenim hlaenjem.

Slika 2.6 Principijelna ema CO2 lasera

Prema nainu protoka gasne smee niz optiki rezonator i prema pravcu elekteinog

pranjenja niz gasni fluid, razlikuju se vie vrsta CO2 lasera:

laseri sa aksijalnim elektrinim pranjenjem i aksijalnim protokom gasa,

laseri sa aksijalnim elektrinim pranjenjem i aksijalnim brzim protokom gasa,

laseri sa transferzalnim elektrinim pranjenjem i transferzalnim protokom gasa i

laseri sa transferzalnim elektrinim pranjenjem i transferzalnim protokom gasa, sa

prethodnom jonizacijom gasa.

Energija protoka gasa, neophodna za proces elektrinog pranjenja, je znatno vea od

potrebne energije. Jedna od efektivnih metoda za reavanje ovog problema je da se izvri

prethodna jonizacija gasa, a samim tim da se smanji napon elektrinog pranjenja.

Efikasnost CO2 lasera je znatno iznad one koja se kree kod drugih tipova lasera. Ovi

laseri mogu da emituju velike snage. Za postizanje velikih snaga izrauju se laseri velikih

duina.

2.4 Princip laserske obrade

Pri sudaru laserskog snopa sa neprozirnim vrstim telom, na njegovoj povrini i u

podpovrinskim slojevima (na odreenoj dubini) se odigravaju razliiti fiziki procesi. Pod

njegovim uticajem dolazi do intenzivnog povrinskog zagrevanja materijala predmeta obrade,

topljenja i isparavanja materijala predmeta obrade. Stoga se, dejstvo laserskog snopa na materijal

predmeta obrade, moe podeliti u nekoliko karakteristinih faza:


13

refleksija (odbijanje) laserskog snopa od povrine,

apsorpcija laserskog zraenja po povrinskim slojevima predmeta obrade i

transformacija fotonske energije u toplotnu,

zagrevanje ozraene povrine, sa rastapanjem i isparavanjem povrinskih slojeva,

uklanjanje produkata razaranja i

hlaenje povrine materijala predmeta obrade, po prestanku dejstva laserskog

zraenja.

Pored navedenog, istovremeno se odvijaju i drugi procesi (hemijski procesi i fazna

transformacija), koji bitno utiu na karakter dejstva laserskog zraenja.

Deo laserskog snopa to pada na povrinu predmeta obrade, apsorbuje se u unutranjost

materijala na odreenoj dubini, a deo se odbija (reflektuje) od povrine (slika 2.7).

Slika 2.7 Interakcija laserskih zraka sa obraivanim materijalom

a) refleksija i apsorpcija, b) topljenje, c) isparavanje

1 - laserski zraci, 2 - istopljeni materijal, 3 - granina zona izmeu vrstog i

istopljenog materijala, 4 - odnoenje materijala, 5 - predmet obrade

Koliina laserskog snopa koja se odbija, zavisi od talasne duine svetlosti, gustine snage

laserskog zraenja, toplotne provodljivosti materijala predmeta obrade, specifine energije

potrebne za odreenu obradu itd.

U odreenim sluajevima, visoka refleksija na mnoge materijale pri odreenoj talasnoj

duini laserskog zraenja, dovodi do toga da je materijal nepogodan za obradu laserom.

Na slici 2.8 prikazana je zavisnost koeficijenta apsorpcije od temperature na povrini

metala.


14

Slika 2.8 Zavisnost koeficijenta apsorpcije od temperature na povrini metala

Bitan uticaj na koeficijent refleksije ima i gustina laserskog mlaza. Sa poveanjem

gustine od 107108 W/cm2 za vei broj metala koeficijent refleksije se znaajno poveava. Poveanje gustine laserskog mlaza iznad 1010 W/cm2, dovodi do znatnog smanjenja koeficijenta

refleksije.

Karakteristino je da koeficijent apsorpcije i refleksije, sa jedne strane, zavise od

karakteristika izvora laserskog zraenja i optikog sistema, a sa druge, od osobina obraivanog

materijala. Apsorpcija zavisi i od stanja povrine predmeta obrade parametra hrapavosti,

predhodne obrade, neistoe, oksidnih prevlaka, itd, kao i od reima obrade brzina

pomeranja snopa laserskih zraka, dimenzija svetlosne mrlje. Poveanjem brzine obrade i

prenika svetlosne mrlje, moe se bitno poveati apsorpciona sposobnost A . U cilju poveanja efikasnosti obrade laserom moe se vetaki sniziti refleksiona sposobnost poveanjem

hrapavosti povrine, prethodnim zagrevanjem ili korienjem raznih prevlaka.


15

3. TEHNOLOKE OPERACIJE OBRADE LASEROM

Laserski zrak fokusiran na radni prenik 0.15 0.2 mm postao je univerzalni alat koji moe praktino da see gotovo sve poznate materijale. Za razliku od konvencionalnog alata on je

bez oblika, pa se ne mora specijalno naruivati za proizvodnju i ne namee trokove vezane za

skladitenje, otrenje i podeavanje.

3.1 Lasersko buenje

Lasersko buenje je tipina operacija laserske obrade koja predstavlja osnovu za druge

tehnoloke operacije obrade laserom. Proces obrade se zasniva na stvaranju rupe ili otvora na

materijalu predmeta obrade delovanjem fokusiranog laserskog zraenja pri emu se materijal

uklanja isparavanjem. Pri impulsu laserskog zraenja nastupa snano izbacivanje produkata

isparavanja materijala pri emu se dobija rupa ili otvor krunog oblika (sl. 3.1,f).

Slika 3.1 Proces stvaranja rupe u materijalu predmeta obrade sa promenom gustine

snage laserskog zraenja

Pri buenju otvora u limovima ulazni prenik je vei od izlaznog, a krater ima ulazni

konus i venac na poetku (slika 3.2).

Slika 3.2 Popreni presek otvora u eliku dobijen laserskim buenjem


16

Kvalitet obrade

Kvalitet obrade kod laserskog buenja odreen je:

tanou obrade,

kvalitetom obraene povrine i

fiziko-hemijskim osobinama materijala u zoni obrade.

Tanost obrade

Tanost obrade, kod izrade otvora laserom, pri pravilnom izboru reima obrade i

stabilnim energetskim i vremenskim parametrima laserskog zraenja, moe biti zadovoljavajua,

sa odstupanjem mera u odnosu na nominalne vrednosti samo za 58 . Tanost obrade moe

znatno da se povea uvoenjem razliitih tehnolokih mera.

Hrapavost

Hrapavost obraene povrine ine mikrogeometrijske neravnine po povrini otvora

dobijenog laserskim buenjem. Hrapavost zavisi od reima obrade i karakteristika materijala

predmeta obrade.

Primena laserskog buenja

Lasersko buenje se koristi za buenje otvora malih prenika (mikrootvora) i buenje

otvora u tvrdim materijalima, koji se klasinim tehnologijama obrade ne mogu izvesti. Laserima

se bue otvori na sitima, dijafragmama, filtrima za izradu sintetikih vlakana, iglama za injekcije

i dr.

3.2 Lasersko seenje

Osnovne karakteristike seenja laserom od kojih zavise tehnoloke karakteristike obrade

(produktivnost, tanost i kvalitet obrade, kao i dubina i irina reza), su definisane sledeim

parametrima:

snaga impulsa P, W,

gustina laserskog snopa qc, W/cm2,

pritisak gasa p, bar,

vrsta gasa,

veliina fokusne take d, mm,

brzina seenja V, mm/s,

tanost pomeranja laserskog snopa po predvienoj konturi i dr.

Laser proizvodi koherentan svetlosni snop laserskih zraka velikog intenziteta energije


17

koga karakterie pravost i mala disperzija. U interakciji sa predmetom obrade, ako je energija

vea od sposobnosti materijala predmeta obrade da reflektuje, prenese ili raspe ovu energiju,

dolazi do apsorpcije svetlosne energije i njenog pretvaranja u toplotnu energiju, odnosno do

porasta temperature na ozraenom mestu. Pri znatnom porastu temperature dolazi do pojave

lokalnog topljenja ili isparavanja materijala, to zavisi od intenziteta generisane toplote i dovodi

do stvaranja rupe ili otvora u predmetu obrade. Pomeranjem laserskog zraka ili predmeta obrade

nastaje proces laserskog seenja. Na slici 3.3 prikazano je seenje laserom.

Slika 3.3 Seenje laserom

U mnogo sluajeva nefokusirani snop laserskih zraka industrijskih lasera vee snage,

nema adekvatnu energiju da uini neto vie sem da zagreje ozraenu povrinu materijala

predmeta obrade. Meutim, ako se snop usmeri kroz soivo za fokusiranje, energija je

koncentrisana na povrinu prenika manjeg od 0.25 mm, to proizvodi snagu od preko 106 W,

sposobnu da istopi mnoge materijale. Laserske maine pored toplote dobijene fokusiranjem

snopa laserskih zraka koriste i pomoni gas koji ima zadatak da odstrani istopljeni materijal iz

zone seenja, da zatiti soiva od isparenja i pomogne u procesu sagorevanja.

Sa tehnoloke take gledita, procesi seenja laserom dovode do punog izraaja termike

efekte (zagrevanje, topljenje, isparavanje, termiko raspadanje i erozija), koji nastaju laserskim

zraenjem.

Poetak seenja laserom uslovljen je spajanjem laserskog zraenja sa radnim predmetom.

Na slici 3.4 dat je ematski prikaz procesa seenja laserom.

Slika 3.4 ematski prikaz seenja laserom


18

Metode seenja laserom

Postoje tri metode seenja laserom:

1. Sa potpunim odstranjivanje materijala du linije razdvajanja (isparavanjem i, to je ei

sluaj, topljenjem i ogranienim isparavanjem);

2. Sa deliminim odstranjivanjem materijala du linije razdvajanja (isparavanjem materijala do

odreene dubine i naknadnim odvajanjem materijala mehanikim dejstvom);

3. Bez odstranjivanja materijala du linije razdvajanja (kontrolisanim lomljenjem u vrstom

stanju, pod dejstvom i u toku ozraenja laserom ili kontrolisanim lomljenjem u vrstom stanju,

pod dejstvom mehanike sile, primenjene po ozraenju laserom).

Za seenje metala se najee koristi reaktivan pomoni gas O2, dok se za seenje

nemetala koristi neutralni gas N2 ili inertni gas Ar.

Faktori procesa seenja laserom

Na proces laserskog seenja utiu:

laser (tip, veliina, snaga, reim rada, mod, polarizacija), koji je izvor zraenja;

snop laserskih zraka (talasna duina, koherencija, monohromatinost, divergencija),

koji predstavlja alat u procesu obrade;

obradna glava (sistem za fokusiranje, mlaznica, senzor za pozicioniranje);

koordinatni radni sto (tip, veliina, tanost, sistem upravljanja);

radni predmet (materijal, oblik, dimenzije, tolerancije, kvalitet obrade);

pribor za stezanje;

reimi obrade (snaga lasera, brzina rezanja, poloaj ie u odnosu na povrinu

predmeta obrade, pritisak pomonog gasa) i

okolina (radni uslovi: istoa, vibracije).

Reimi obrade

Snaga lasera

Najvanija karakteristika kojom se vri izbor laserske maine je snaga lasera.

Na slici 3.5 prikazana je zavisnost brzine seenja od snage laserskog snopa za razliite

metale.

Brzina seenja

Produktivnost obrade, zavisi direktno od brzine seenja. Brzina seenja je drugi po

znaaju bitan parametar za seenje laserom i zavisi od niza faktora: snaga lasera, mod, veliina

svetlosne mrlje, vrsta i debljina materijala radnog predmeta itd.


19

Slika 3.5 Zavisnost brzine seenja od snage laserskog snopa za razliite metale

1. Nerajui elik (h=3.2 mm), 2. Aluminijum (h=0.8 mm),

3. Niskougljenini elik (h=2.3 mm), 4. Titan (h=1.5 mm).

Na slici 3.6 prikazan je uticaj debljine lima na maksimalnu debljinu seenja.

Slika 3.6 Zavisnost maksimalne brzine seenja od debljine lima za niskougljenine elike

P=625 W, 2. P=1250 W

ina daljina soiva

Obzirom da je brzina seenja funkcija gustine snage, izbor soiva za fokusiranje znatno

utie na kvalitet reza.

Varijacija poloaja ie u odnosu na povrinu predmeta obrade pokazuje razliitu

karakteristiku na kvalitet reza.

Na slici 3.7 prikazan je uticaj defokusacije (poloaj ie soiva za fokusiranje u odnosu

na povrinu predmeta obrade) f, na irinu b i dubinu h reza.


20

Slika 3.7 Uticaj defokusacije f na irinu b i dubinu h reza.

Pomoni gas

Zadatak pomonog gasa je da u procesu seenja zatiti soiva i pomogne u odstranjivanju

isparenog i otopljenog materijala predmeta obrade. Za veinu metala koristi se reaktivan

pomoni gas kiseonik, jer potpomae egzotermnu reakciju. Upotrebom kiseonika kao pomonog

gasa, poveava se ukupna energija upotrebljena u procesu seenja, tako da je mogue poveati

brzinu seenja za 25-40 . Pored vrste pomonog gasa, istoa pomonog gasa je od bitnog

uticaja na parametre obrade i kvalitet reza.

Kvalitet i tanost obrade

Kvalitet obrade kod seenja laserom je odreen kvalitetom reza i tanou oblika i

dimenzija. Kvalitet reza se obino definie geometrijskim karakteristikama (irina reza,

hrapavost obraene povrine) i fiziko-hemijskim karakteristikama na izraenoj povrini

materijala predmeta obrade. Kvalitet i tanost obrade seenja laserom, u najveem stepenu

zavise od: brzine rezanja, snage laserskog mlaza, vrste i pritiska gasa, prenika i poloaja

mlaznice u odnosu na povrinu predmeta obrade. Na slici 3.8 dat je ematski prikaz laserskog

mlaza.

Slika 3.8 ematski prikaz laserskog mlaza

irina reza je bitna karakteristika seenja laserom. Vrednost irine reza kod metala je

mala, kree se od 0.1-0.3 mm, pri seenju elinih limova. irina reza se poveava sa po-

veanjem debljine lima.

Pri obradi metala, po duini reza sa donje strane, formira se greben od otvrdnutog

metala i metalnih oksida, ime se pogorava kvalitet obrade.

Na slici 3.9 prikazana je pojava grebena prilikom seenja metala.


21

Slika 3.9 - Pojava grebena pri seenju metala laserom

Da bi se smanjila ili da bi se izbegla pojava grebena koriste se razne tehnike: prethodna

oksidacija, fosfatiranje ili hromiranje povrina. Meutim, navedeni postupci nisu lako izvodljivi,

a i sam proces seenja je znatno skuplji. Jedna od tehnika moe biti i seenje laserom u tenoj

sredini. Na slici 3.10 prikazana je ema seenja laserom u tenoj sredini.

Slika 3.10 ema seenja laserom u tenoj sredini

1 - laserski zraci, 2 - predmet obrade, 3 - tenost, 4 - gasna struja

Pri ovoj tehnologiji kapi rastopljenog metala, otvrdnuti u tenosti, izbacuju se gasnom

strujom, pri emu se ne lepe po rubovima reza. Kao tenosti se koriste: tehniki alkohol,

hloroform, voda, i dr. Ova metoda se esto koristi i pri buenju laserom.

Primena laserskog seenja

Lasersko seenje se danas iroko primenjuje pri seenju sloenih kontura od tvrdih i krtih

materijala. Ima primenu i pri obradi sloenih delova koji se izrauju na presi za prosecanje i

probijanje, ako se radi u malim serijama i pri estoj promeni oblika i dimenzija, za ta je izrada

alata skupa i dugotrajna.

Koriste se za seenje svih vrsta metala (ugljenini elici, nerajui elici, legirani elici,

aluminijum, bakar, mesing, titan i dr.), nemetala (plastine mase, guma, koa, tekstil, drvo,

karton i dr.) i neorganskog materijala (azbest, keramika, grafit i dr.).

3.3 Lasersko zavarivanje

Zavarivanje laserom predstavlja tehnoloki proces koji karakterie lokalno topljenje

metala na mestu spajanja - zavarivanja elemenata. Opti zahtev kod zavarivanja laserom je da

laser daje relativno dugake impulse u vremenu od 1-10 ms, sa maksimalnom snagom od 10-100

kW. Meutim, snaga koja odgovara ukupnom intenzitetu, mora biti dovoljno mala da se sprei


22

isparavanje i odmicanje materijala. Trajanje impulsa mora biti dovoljno dugo da bi se omoguilo

niim delovima povrine da dou do take topljenja, odvoenjem toplote sa gornjeg dela

povrine.

CO2 laseri se ne koriste kod zavarivanja zbog velikog koeficijenta refleksije, koji se za

veinu materijala kree od 94-98 na sobnoj temperaturi, za talasnu duinu lasera od 10.6 m. Industrijski CO2 laseri snage nekoliko vati, mogu se koristiti za zavarivanje tankih metala

debljine 1 mm (Al i Cu legure). Meutim, takvi materijali mogu se zavarivati ekonominije

klasinim metodama.

Na slici 3.11 data je principijelna ema zavarivanja laserom.

Slika 3.11 Principijelna ema zavarivanja laserom

3.4 Laserska termika obrada

Otvrdnjavanje ili povrinska termika obrada snopom laserskih zraka zasniva se na

zagrevanju, topljenju i udarnom optereenju. Termika obrada laserom je mogua kako za

pojedine zone posebno izloene habanju, tako i za povrine u celini, uz hlaenje razliitim

sredstvima.

Karakteristike otvrdnutog sloja zavise od karakteristika laserskog snopa i niza drugih

parametara, a menjaju se sa dubinom i irinom otvrdnutog sloja. Osnovni parametri

otvrdnjavanja laserskim snopom, u odnosu na indukciono kaljenje, su znaajno poveanje

tvrdoe povrinskih slojeva (3-5 puta), otpornosti na habanje i poveanje proizvodnosti obrade

za 70-90. Otvrdnjavanje povrine metala laserom omoguuje niz prednosti kao to su:

otvrdnjavanje povrine radnih predmeta sloene konfiguracije koje su nepristupane

za obradu klasinim metodama;

primena za zavrnu obradu pri emu se postie visok kvalitet obraene povrine;

mogunost automatizacije procesa, itd.

Na slici 3.12 prikazan je princip otvrdnjavanja laserom i oblik i dimenzije otvrdnutog sloja.


23

Slika 3.12 Princip otvrdnjavanja laserom i oblik i dimenzije otvrdnutog sloja

3.5 Laserko graviranje

Graviranje laserom ili laserska konturna obrada se koristi za razliite namene:

markiranje ili obeleavanje na predmetima sa nanoenjem serije brojeva ili

drugih oznaka za identifikaciju, ukljuujui i izradu logaritamskih skala;

izrada peaterskih valjaka;

izrada ema razliitih tankih prevlaka od razliitih materijala koje se nanose na

izabranu podlogu, itd,

Pri korienju lasera za markiranje, najee se koristi YAG-laser sa akustinim optikim

modulatorom. Reim rada je pulzirajui. Za ovu namenu dovoljni su laseri sa prosenom snagom

do 50 W. Na slici 3.13 prikazana je ema rada maine za graviranje laserom.

Slika 3.13 ema rada savremene maine za graviranje laserom


24

4. OPREMA ZA OBRADU LASEROM I PRIMERI

PRIMENE

U ovom odeljku date su maine za lasersku obradu, njihove tehnike karakteristike i

mogunosti, kao i primeri primene. Maine koje su obuhvaene su:

- Maine za lasersko seenje lima

- Maine za lasersko graviranje

Postoji irok spektar proizvoda koji se mogu obraivati obradom laserskog seenja, a to

su: privesci, rezanje 3D slova, sve numeracije, seenje tekstila, ploice za razne standardizacije

(ISO i sl.), dihtunzi, poklon kutije, rezanje ablona, izrada modela za arhitekte, izrada oznaka,

serijski brojevi, dekorativni elementi, drvorez, prototipovi, itd.

4.1 Maine za lasersku obradu lima seenjem

Laser AMADA EML

Laser AMADA EML (slika 4.1) je kombinovana maina za obradu lima probijanjem i rezanjem laserom. Takode spada u red najsavremenijih maina nove generacije za obradu lima do 6 mm debljine.

Snaga: 4000 W ( 5000W)

Secenje celika, aluminijuma, INOX-a....

Maksimalne dimenzije table 3000 x 1850 mm

Debljina reza 0.2 mm

Kiseonik, azot i vazduh kao asistirajuci gasovi

Secenje i probijanje svih vrsta oblika, kontura, otvora i sl.

Izuzetan kvalitet i preciznost


25

Slika 4.1 Laser AMADA EML

Laser AMADA X1

Laser AMADA X1 (slika 4.2) je jedna od najsavremenijih maina nove generacije koja ree limove do 25 mm debljine.

Snaga: 4000 W ( 5000 W)

Secenje celika, aluminijuma, INOX-a...

Maksimalne dimenzije table 1500 x 3000 mm

Kiseonik, azot i vazduh kao asistirajuci gasovi

Secenje svih vrsta oblika i kontura

Izuzetan kvalitet i preciznost reza

Debljina reza 0.2 mm

Kapacitet 80 150 tona mesecno.

Slika 4.2 Laser AMADA X1


26

HD-C 2D Maina za seenje laserom, velike brzine

HD-C 2D maina (slika 4.3) spada u grupu maina za seenje laserom velike brzine.

Osnovna oprema CE norma

CNC upravljanje Siemens 840D

Izvor lasera(rezonator)

Poziciona laser dioda

Glava za seenje 5/7,5" fokusne razdaljine sa sistemom soiva (soivo 1,5")

Centralno podmazivanje

Sistem za hlaenje

Ispusni otvor za radne komade

Pokretna traka za odvoz proizvoda

Sto levi/desni

CAD/CAM softver Delovi po izboru

Glava za seenje 3,75-10" fokusne razdaljine

Pribor za odravanje lasera

Rezervna soiva, ogledala i dizne

Slika 4.3 HD-C 2D Maina za seenje laserom

Slika 4.4 Prikaz obrade seenja laserom


27

4.2 Maine za lasersko graviranje

LS 900

Ova snana industrijska laserska maina LS900 (slika 4.5) dolazi kao desktop ili verzija

sa sopstvenim postoljem, i sa svojom gravirnom povrinom od 610x610 mm je idealna maina za

iskusne majstore laserskog graviranja, sa srednjim do visokim nivoom proizvodnje. Crveni

laserski zrak za praenje smanjuje mogunost greke tako to omoguava da se izvri simulacija

graviranja pomou tog zraka, pre nego to se pristupi stvarnom graviranju.

Slika 4.5 Laser LS900 za lasersko graviranje

Osnovne karakteristike maine su:

Pogodna maina za korisnike sa srednjim ili visokim obimom proizvodnje.

Heavy duty asija i mehaniki sklop sa opsegom snage laserskog punjenja do 80 W.

Maina sa radnim stolom sa gravirnom povrinom 610 x 610 mm sposobna da primi

velike predmete ili vri matrino graviranje inventarskih ploica u velikom obimu.

Pristup radnom stolu sa prednje strane omoguava lako smetanje i pozicioniranje

predmeta koji se gravira.

Crveni laserski pointer omoguava lako podeavanje tako to vri simulaciju graviranja,

pa operater moe lako da proveri da li e konana gravura stvarno i biti na predvienom

mestu.

Auto focus automatski podeava fokusnu duinu u odnosu na predmet koji se gravira

(ak i u sluaju udubljenih predmeta).


28

MBL SD-1325

- Radna povrina: 1250x2500x90mm

- Spindl motor, 2.2KW sa vodenim hlaenjem

- Brzina graviranja: 6000mm/min

- Alati za graviranje: 3.175mm, 4mm, 6mm

- Format: Dictate HPGL, G-code

- Ball Screw: Two-nut rolling ball screw

- Brzina rotacije motora: 6000-24000rpm

- Rezolucija: 0.01mm

- Softver: Type 3 (3D)

- Plexiglass/Guma/PVC/ABS/Drvo/Metal

Slika 4.5 Laser LS900 za lasersko graviranje

Lasersko graviranje i seenje je moderana tehnologija gde se, pomou laserskog snopa dobijenog u specijalnoj maini za graviranje, mogu obraivati razliiti materijali laserskim seenjem i laserskim graviranjem .

4.3 Primeri primene laserskog seenja

Kod nekih maina laserski snop ima debiljnu od 0.01mm to dozvoljava da se vre vrlo precizna seenja. Sloeni oblici i precizni rezovi ne predstavljaju izazov za lasere najnovije generacije. Sve to je potrebno jeste da se poalje ili donese pripremljen crte u odgovarajuem digitalnom formatu.

Sposobnost istog reza, glatkih ivica bez upotrebe noa ili drugog alata za seenje je jedna od najveih vrednosti upotrebe bezkontaktnog seenja. Brzo seenje razliitih nemetalnih materijala daje kvalitetan rez bez potrebe za naknadnom obradom.

Spektar proizvoda koji se mogu obraivati obradom laserskog seenja su: privesci, rezanje 3D slova, sve numeracije, seene tekstila, ploice za razne standardizacije (ISO i sl.), dihtunzi, poklon kutije, rezanje ablona, izrada modela za arhitekte, izrada oznaka, serijski brojevi, dekorativni elementi, drvorez, prototipovi, itd. Lasersko seenje je mnogo vie od zamene za konvencionalne postupke kao to su testerisanje, buenje ili konano probijanje.


29

Laserskim se seenjem znaajno smanjuju trokovi proizvodnje i nema nepotrebnog skladitenja meu pojedinim fazama. Ne manje bitno, nisu vie potrebni niti dodatni radovi. Osim toga, izborom pojedinog postupka laserskoga seenja, esto se smanjuje i broj sastavnih delova. Na slici 4.6 su dati neki primeri delova izraeni obradom laserskog seenja.

Privezci (plastika) Lasersko seenje na drvetu

Seenje metala laserom Laserom seeni sklopovi dela

Iseen tekst na cilindrinom delu od metala Deo i krugovi u njemu izradjeni laserskim

seenjem


30

Seenje metala Seenje drveta

Slika 4.6 Primeri obrade laserskog seenja

4.4 Primeri primene laserskog graviranja

Graviranje je tehniki postupak urezivanja (linija, ukrasa, znakova, likova) u tvrdu, obino ravnu povrinu pravljenjem brazda u njoj. Rezultat graviranja moe biti sam dekorirani predmet ako se gravira srebro, zlato, elik ili staklo, ili moe omoguiti izradu dubokotiskarskih ploa od bakra ili drugog metala za tiskanje slika na papiru kao tisaka ili ilustracija. Otisak

urezanih slika naziva se gravura ili gravira.

Graviranje laserom prua mogunost da se na materijalu po izboru iscrtaju kompleksni oblici, logotipi i tekst uz maksimalnu finou linija. Ovo je naroito znaajno za marketinke agencije koje na ovaj nain mogu svojim klijentima ponuditi personalizovane reklamne poklone, elemente enterijera i sl.

Standardne graverske poslove laser obavlja bez problema, tako da se mogu gravirati i ID

kartice, bedeve, peate, ploice za oznaavanje, kao i mnoge druge predmete. Ono to bi trebalo imati u vidu jeste to da je brzina graviranja drastino manja nego brzina seenja.

Materijali koji se mogu obraivati su razni: drvo, laminatna plastika, akril, staklo, presvueni materijali, keramika, delrin, platno, koa, mermer, papir, anodizirani aluminijum, guma, furnir, fiberglas, obojeni materijali, metal spreman za lasersko graviranje itd...

Slike visoke rezolucije i tekst su idealni za lasersko graviranje. Precizna kontrola brzine

kretanja i snage lasera daje graviranje sa puno detalja u rasponu od povrinskog do dubokog. Na slici 4.7 su dati neki primeri delova izraeni obradom laserskog graviranja.


31

Drvena plaketa Graviranje na upaljau (drvo)

3D reklama od pleksiglasa Medalje (pleksiglas)

Rezervisano (zlatni gravoplast) Privezak (drvo)


32

Gravura na ai (staklo) 3D lasersko graviranje (kristal)

3D motiv u staklu Privezak 3D motiv

Slika 4.7 Primeri obrade laseskog graviranja


33

5. LASERSKA MAINA Bystronic Bystar 3015

5.1 Namena maine

Laserska maina Bystronic - Bystar 3015 (slika 5.1) se nalazi u preduzeu Metal sistemi -

proizvodna celina Procesna oprema u Kragujevcu. Namenjena je za industrijsko seenje i

graviranje tabli limova od razliitih materijala. U tabeli 1. navedeni su materijali debljine

previeni za seenje na ovoj laserskoj maini.

Materijali predvieni za seenje

elik debljine 1 15 mm Stw 22, St 37-2

elik debljine 16 25 mm S235 JRG2, QSt 37-2

Nerajui elik i elik otporan na

kiseline debljine 1 25 mm X5CrNi18 -10

Aluminijum debljine 1 15 mm AlMg3

Mesing debljine 1 3 mm CuZn40

Titanijum debljine 1 3 mm Ti

Bakar debljine 1 3 mm Cu

Tabela 1. Materijali predvieni za seenje

5.2 Osnovne karakteristike

Maina ima sledee tehnike karakteristike:

RADNI PROSTOR X 3 048 mm

Y 1 542 mm

Kretanje glave za seenje Z 170 mm

Maksimalna nosivost radnog stola 890 kg

Preciznost pozicioniranja 0.1 mm

Ponovljivost 0.5 mm

Brzina pozicioniranja po X i Y osi istovremeno 113 m/min

Maksimalno ubrzanje 4.5 m/s2

Maksimalna brzina seenja 50 m/min

Maksimalna snaga lasera 5 200 W

Maksimalne dimenzije table predviene za seenje 3 000 mm x 1 500 mm

Tabela 2. Tehnike karakteristike


34

5.3 Osnovni delovi laserske maine

Slika 5.1 Laserska maina Bystar 3015

5.3.1 Upravljaka jedinica

CNC i STL upravljaka jedinica (slika 5.2) zajedno sa napajanjem ine upravljako

jezgro ove laserske maine. U posebno odvojenim komadnim ormanima nalaze se kontroleri koji

upravljaju celokupnim radom laserske maine. Vrata sa posebnim sistemom za hlaenje

odravaju temperaturu na odreenom nivou to poveava pouzdanost sistema.

STL - upravljaaka jedinica (prevod sa Nemakog Table Laser Controller) vri

upravljanje zamenom radnih stolova i kontrolom zatitnih sistema na laserskoj maini. U ovoj

upravljakoj jedinici je smeten i glavni prekida napajanja lasera.

CNC upravljaka jedinica sadri CNC (Computer Numeric Control) kontroler. CNC

kontroler vri konvertovanje planove seenja u koordinate po osama. Kontrolie kretanje glave

lasera preko predmeta obrade. Automatski prilagoava brzinu kretanja glave seanja kao i snagu

lasera prema zadatoj konturi predmeta obrade.

Laserska maina izvrava program nezavisno od upravljakog terminala to omoguava kreiranje

i modifikovanje geometrijskih kontura u toku samog izvravanja programa.

A Laserska maina

B Radni sto

C Laser

D Rezonator


35

Slika 5.2 Upravljaka jedinica

5.3.2 Upravljaki terminal

Upravljaki terminal (slika 5.3) se nalazi na obrtnom nosau koji je privren za

lasersku mainu. Nosa mu omoguava obrtanje oko ose nosaa kao i horizontalno pomeranje.

Slika 5.3 Upravljaki terminal

A Monitor osetljiv na dodir

B Tastatura

C Dra za runi terminal

A STL upravljaka jedinica

B CNC upravljaka jedinica


36

Upravljaki terminal sadri:

Matinu plou i procesor

Hard disk

USB 2.0 interfejs

DVD-RW ureaj za prebacivanje podataka

Mrenu karticu

Windows XP operativni sistem

Monitor osetljiv na dodir

Standardna PC tastatura

Upravljanje mainom se vri preko ekrana osetljivog na dodir ili preko tastature.

Prenos podataka se moe vrite preko mrene kartice direktnim uitavanjem podataka u

upravljaki terminal ili preko ulazno izlaznih ureaja DVD-a ili USB porta.

Slika 5.4 Upravljaki terminal - ureaji

Pored ekrana nalazi se dra za runi terminal koji se koristi prilikom podeavanja lasera,

probna seenja sa razliitim parametrima kao i pojedinanih seenja iz manjih tabli lima (slika

5.5)

A - STOP taster

B Monitor osetljiv na dodir

C Tastatura

D Funkcijski tasteri na monitoru

E DVD R/W ureaj

F USB port


37

Slika 5.5 Runi terminal

5.3.3 Laserski modul Bylaser 5200 ARC

Ovaj laserski modul (slika 5.6) spada u grupu lasera sa aksijalnim elektrinim

pranjenjem to znai da se elektrino pranjenje vri u pravcu ose cevi za pranjenje. Prema

brzini protoka gasa spada u grupu lasera brzog aksijalnog toka. Najee se primenjuju za

industrijske lasere velikih snaga.

Slika 5.6 a Laserski modul, kuite

A - STOP taster

B Toki

C Tastatura

A - Indikator lampa

B Izlaz laserskog snopa

i prvo reflektujue

ogledalo

C Donji deo modula

D Gornji deo modula


38

Slika 5.6 b Laserski modul

Osnovne karakteristike:

Maksimalna snaga lasera 5 200 W

Laser medijum CO2

Talasna duina snopa 10 600 nm

Prenik laserskog snopa 20 mm

Divergencija laserskog snopa 2

Polarizacija kruna

Tabela 3. Tehnike karakteristike laserskog modula

Princip rada lasera, Bylaser 5200 ARC, sa aksijalnim elektrinim pranjenjem prikazan

je na slici 5.7.

Slika 5.7 ematski prikaz cevi za pranjenje

A - Anoda

B Katoda

C Konektor visokog napona

D Otpornik

A - Zatitna vrata sa

centralnim

zakljuavanjem

B Visoko-naponska

zatita

E Pomona katoda

F Cev za pranjenje

G Protok gasa (meavina CO2/N2 i He)

H Laserski snop


39

Proces elektrinog pranjenja koji se odvija u cevi podie temperaturu gasne meavine.

Poznato je da je proces nastanka laserskog snopa mogu samo na niim temperaturama, to znai

da bi na povienim temperaturama dolo do raspada gasnih molekula, a samim tim i do prekida

procesa, tj. do nastanka laserskog snopa. Iz tog razloga gas mora da cirkulie velikom brzinom,

to se postie korienjem gasnih kompresora koji se hlade posebnim kulerima. Velika brzina

protoka gasa znai da gas provodi manje vremena u cevi za pranjenje, a samim tim se i manje

zagreva, tako da zahteva manje hlaenja u odnosu na druge tipove lasera. Deo gasa se prilikom

cirkulacije kontnuirano zamenjuje novim gasom to omoguava nesmetano funkcionisanje

procesa nastanka laserskog snopa. Laserski snop se generie u 16 cevi za pranjenje u cilju

postizanja snage lasera od 5200 W. Cevi za pranjenje su postavljene u 2 nagnute ravni po 8

cevi, to se moe videti na slici 5.8. Krajnje i izlazno spojno ogledalo se montiraju na oba kraja

cevi za pranjenje koje zajedno sa horizontalnim i vertikalnim polarizovanim ogledalima ine

rezonator u kome nastaje laserski snop.

Slika 5.8 Rezonator

Na slici 5.9 prikazan je rezonator sa kompletnim sistemom izlaznih ogledala.

Slika 5.9 Rezonator sa sistemom izlaznih ogledala

A Vertikalno ogledalo

B Krajnje ogledalo

C Horizontalno ogledalo

D Izlazno spojno ogledalo

(polu-propusno)

A Konkavno teleskopsko ogledalo

B Polarizovano ogledalo

C Blenda (zatvara)

D Prednja ploa sa dva vertikalna ogledala

E Rezonator sa 16 DC cevi za pranjenje

F Krajnja ploa sa 4 horizontalana ogledala

G Izlazno spojno ogledalo

H Krajnje ogledalo

I Konveksno teleskopsko ogledalo

J Ogledalo za usmeravanje

K Ogledalo za usmeravanje

L ARC ogledalo


40

A Laserski snop iz

rezonatora

B ARC ogledalo

C Laserski snop

D Front talasa

E Ogledalo za usmeravanje

laserkog snopa na nosau

glave za seenje

F Soivo u glavi za seenje

G Radna povrina

Ogledala za usmeravanje laserskog snopa

Usmeravanje laserskog snopa van rezonatora vri se ogledalima sa mogunou

podeavanja odnosno ARC ogledalima (Adaptive Radius Control). Ova ogledala optimizuju

prenik laserskog snopa i obezbeuju skretanje laserskog snopa za 90, slika 5.10. Ogledalo je

konstruisano tako da obezbeuje konstantne optike parametre za razliite uglove skretanja

laserskog snopa. Povrina ogledala se savija uz pomo kontrolisanog pritiska vode, od

maksimalno 14 bara, ime se dobija eljeno zakrivljenje ogledala.

Slika 5.10 ARC ogledalo

Postoje dva naina rada ARC ogledala:

1. Konstantan prenik laserskog snopa preko cele radne povrine i konstantna gustina

laserskog snopa u inoj taci.

2. Variranje prenika laserskog snopa u zavisnosti od materijala koji se see, podeavanjem

parametara seenja.

Slika 5.11 ematski dijagram rada sa konstantnim prenikom laserskog snopa

A Odvodno crevo

B Dovod vode

C Podeavajue

ogledalo

D Senzor pritiska

E Odvodni ventil


41

Snaga lasera

Vreme

Snaga lasera

Vreme

MD reim

Impuls 1ms = const.

U cilju postizanja optimalnih parametara procesa neophodno je kontrolisati snagu lasera

u zavisnosti od konture predmeta obrade, brzine seenja i ostalih parametara, odnosno izabrati

odgovarajui reim rada laserskog modula.

U najveem broju sluajeva laser radi u reimu kontinuiranog talasa (CW - continuous

wave). esto nije samo dovoljno smanjiti snagu lasera u reimu kontinuiranog talasa, ve je

potrebno varirati snagu lasera menjanjem odnosa impulsa i pauza.

Za kompleksne oblike predmeta obrade i materijale koje se tee seku impulsni reim je

od posebnog znaaja.

Reimi rada laserskog modula

Ovaj laserski modul podrava sledee reime rada:

1. Reim kontinuiranog talasa (CW)

2. Reim modulacije (MD)

3. Impulsni - pulsni reim (NP)

Reim kontinuiranog talasa znai da laser za vreme procesa seenja radi kontinuirano sa

zadatom snagom.

Slika 5.12 Reim kontinuiranog talasa

Reim modulacije se moe koristiti samo kada je u funkciji CNC kontroler. U reimu

modulacije snaga lasera se menja u zavisnosti od kretanja glave za seenje (ubrzanje ili

zaustavljanje). Ovaj mod onemoguava pregrevanje materijala u uglovima i malim konturama.

Pri frekventnoj modulaciji, frekvencija se varira od 1 do 1000 Hz u funkciji od brzine kretanja.

Sa konstantnim impulsom trajanja 1 milisekunde omoguava podeavanja snage lasera prema

trenutnoj brzini lasera.


42

Snaga lasera

Period 1/f

irina impulsa u ms

Vreme

Detalj X

MD frekventni reim

Slika 5.13 Reim modulacije

Impulsni ili pulsni reim se koristi kada je potrebno sei rupe malih prenika. Minimalni

prenik moe biti pola debljine lima, ( i kod prosecanja finih kontura).

Slika 5.14 Impulsni reim

5.3.4 Glava za seenje

U glavi za seenje se nalzi soivo koje fokusira laserski snop prema predmetu obrade. U

zavisnosti od vrste materijala koji se see bira se glava za seenje sa soivom odgovarajue ine

daljine.

A Skala pozicije fokusa

B Referentna pozicija za merenje pozicije fokusa

C ina daljina u inima

D Vijci za centriranje mlaznice

E Prsten za podeavanje pozicije fokusa

F Vijak za blokiranje prstena za podeavanje

G Skala na prstenu za podeavanje

H Prikljuak

I Element za fiksiranje

J Mlaznica


43

Slika 5.15 Glava za seenje

U cilju postizanja optimalnih rezultata seenja u zavisnosti od debljine materijala kod

seenja je mogue koristiti glavu za seenje koje ima soivo ine daljine 5 ili 7,5 . Na slici

5.16 su prikazane pomenute glave za seenje.

Soivo

Slika 5.16 ina daljina

U tabeli broj 4. su date karakteristike laserskog snopa u zavisnosti od poloaja ie.

ina daljina 5 ina daljina 7.5

Mali prenik ie Veliki prenik ie

Veliki intenzitet snopa u ii Manji intenzitet snopa u ii

Vee brzine seenja kod tanjih limova Manje brzine seenja kod tanjih limova

Deblji limovi ne mogu biti seeni Vee brzine seenja kod debljih limova

Uzan rez iri rez

Soivo blie radnom komadu Soivo udaljeno od radnog komada

Fin rez Hrapav rez

Tabela 4. Poloaj ie

U odnosu na poloaj laserskog snopa na glavi se postavlja mlaznica koja se centrira uz

pomo dva vijka. Mlaznica usmerava pomoni gas ka radnom komadu. Za vreme procesa

seenja pomoni gas izduvava rastopljeni materijal iz zone seenja ime se spreava oteenje

soiva, spreava se da rastopljeni materijal ponovo ovrsne i predhodno iseeni predmet obrade

zavari i spreava vezivanje ljake sa zadnje strane reza.

Oblik i prenik mlaznice koje se montira na glavi za seenje zavisi od:

tipa materijala,

debljine materijala,

procesa seenja.


44

Slika 5.17 Mlaznica

U zavisnosti pomenutih parametara bira se mlaznica koja moe biti za normalan ili visok

pritisak, slika 5.18.

Mlaznice za normalan

pritisak

Mlaznice za visok

pritisak

Slika 5.18 Tipovi mlaznica

Nosa glave za seenje

Nosa glave za seenje se nalazi na pokretnom mostu koji omoguava kretanje glave za

seenje preko radnog komada u pravcu Y ose, slika 5.19. Laserski zrak se usmerava sa Y ose

prema X osi pomou ogledala montiranih na pokretnom mostu.

Slika 5.19 Pokretni most

A Mlaznica

B Ploa

A Pokretni most

B Nosa glave za seenje


45

Sam nosa glave za seenje omoguava pomeranje glave za seenje u pravcu X ose kao i

vertikalno pomeranje u pravcu Z ose.

Slika 5.20 Nosa glave za seenje

Podeavanje poloaja glave za seenje po Z osi je veoma znaajno u procesu seenja jer

obezbeuje konstantan razmak izmeu mlaznice i predmeta obrade ak i kada predmet obrade

nije ravan.

5.3.5 Radni sto

Radni sto ove laserske maine sastoji se od dve reetke za prihvat radnih komada i

pogonske jedinice. Zamena reetki na radnom stolu se moe vriti automatski nakon zavretka

zadatog plana seenja ili runo pritiskom na odgovarajue dugme. Ovaj sistem omoguava

proces seenja materijala na jednoj reetki dok je na drugoj mogue vriti pripremanje

materijala za sledee seenje.

A Razvodna kutija

B Podeavanje hlaenja

mlaznice

C Nosa glave za seenje

D Pomeranje po Z osi

E Crossjet


46

Slika 5.21 Radni sto sa izmenjivim reetkama

Reetke slue za pridravanje radnog komada u toku procesa seenja. Mogu biti

napravljene od razliitih materijala. Bakar se pokazao kao najpogodniji za tu namenu jer reetke

napravljenje od ovog materijala traju najdue, a i ljaka se najlake skida sa reetaka

napravljenih ba od ovog materijala.

Slika 5.22 Reetke za tanje i deblje limove


47

6. EKSPERIMENTALNA ISPITIVANJA

Eksperimentalna istraivanja imala su za cilj da se utvrdi uticaj parametara obrade na kvalitet rezanja kod laserskog seenja. Ispitivani su uticaji snage lasera, brzine razanja, pritisak pomonog gasa i poloaja zie odnosno fokusa lasersog snopa kao i debljine materijala na kvalitet obraene povrine.

Na slici 6.1 prikazani su uticajni parametri kod obrade laserom.

Slika 6.1 Parametri laserske obrade

Snaga laserskog zraenja. Najvanija karakteristika kojom se vri procena laserske maine je snaga laserskog zraenja. Poto je lasersko seenje toplotni proces, koliina proizvedene toplote je uticajni faktor od koga zavisi sposobnost lasera za seenje. Uzimajui da su ostali parametri isti, poveanje snage laserskog zraenja omoguuje seenje debljih limova i poveanje brzine rezanja. Dobijanje stabilnog izlaza laserskog zraenja (prostornog i vremenskog) predstavlja kljuni faktor za primenu lasera u tehnologiji obrade materijala. Pod stabilnim laserskim izlazom podrazumeva se stabilnost snage, stabilnost moda i stabilnost koncentrisanja energije.


48

Brzina rezanja je drugi po znaaju parametar za lasersko seenje. Moe biti odreena eksperimentalno odreenim formulama u kojima figuriu gustina snage lasera i osobine materijala koji se see. Vie parametara utie na brzinu rezanja: snaga lasera, mod, veliina svetlosne mrlje, vrsta i debljina materijala radnog predmeta, inicijalne energije topljenja i

isparavanja itd. Uzimajui u obzir kvalitet reza i posmatrajui brzinu rezanja u funkciji od debljine materijala radnog predmeta moe se definisati oblast upotrebljive brzine rezanja koja je ograniena donjom i gornjom graninom krivom. Izvan ove oblasti je oblast nepotpunog seenja. Unutar oblasti upotrebljivih brzina rezanja promenom brzine rezanja vri se promena kvaliteta reza (pojava i veliina ljake, hrapavost itd.). Kao maksimalnu brzinu rezanja uzimamo vrednost iznad koje dolazi do nestabilnosti obrade. Ova nestabilnost se manifestuje u pojavi neravnih

rezova, ljake i dr.

Poloaj ie soiva za fokusiranje u odnosu na povrinu obradka (defokusacija). Varijacija

poloaja ie u odnosu na povrinu radnog predmeta pokazuje razliitu karakteristiku na kvalitet reza. Zavisno od vrste materijala i debljine obratka ia se pozicionira na ili neznatno ispod povrine obratka.U toku procesa laserskog seenja ia soiva za fokusiranje snopa laserskih zraka mora biti stalno pozicionirana u odnosu na povrinu obratka kako bi se obezbedili najbolji efekti seenja.

Pomoni gas. Gas se u zonu obrade dovodi kroz obradnu glavu pri emu mora biti koaksijalan sa fokusiranim laserskim zrakom. Korienjem gasa za produvavanje rastopljeni i ispareni materijal ranog predmeta lake se odvodi iz zone rezanja, to direktno utie na istou i kvalitet reza. Pored toga, rastopljeni materijal ne moe ponovo da ovrsne i prethodno iseeni radni predmet zavari. Korienjem gasa za produvavanje takodje se spreava vezivanje ljake sa zadnje strane reza, a sama brzina rezanja se moe poveati do 40%. Zadatak pomonog gasa je i da u procesu seenja zatiti soivo od isparenog i otopljenog materijala radnog predmeta. Komprimovani vazduh ili inertni gas se koriste za odstranjivanje rastopljenog i isparenog

materijala iz zone rezanja produvavanjem kod nemetala i organskih materijala pri emu se umanjuje pojava gorenja. Za veinu metala koristi se reaktivni pomoni gas, kiseonik, jer pomae egzotermnu reakciju. Upotrebom kiseonika kao pomonog gasa poveava se ukupna energija upotrebljena u procesu seenja tako da je mogue poveati brzinu rezanja za 2540% u odnosu na brzine rezanja kod kojih je vazduh pomoni gas. Ovo je mogue iz dva razloga:

prvi i vaniji je dodatna energija koja se dobija egzotermnom reakcijom, drugi razlog je stvaranje sloja oksida na povrini radnog predmeta. Ovaj sloj oksida poveava apsorpciju laserskog zraenja.

Pored vrste pomonog gasa istoa pomonog gasa je od jako bitnog uticaja na parametre obrade i kvalitet reza. Zavisnost brzine rezanja od istoe kiseonika je od ogromne vanosti u industrijskoj primeni jer degradacija kvaliteta kiseonika od 2% dovodi do smanjenja brzine

rezanja i do 50% a i do drastinog pada kvaliteta reza.

Pritisak pomonog gasa utie na brzinu rezanja brzinom odnoenja rastopljenog i isparenog materijala i na pojavu nastanka ljake po ivicama reza. Pritisak se smanjuje ako se poveava debljina radnog predmeta ili ako se smanjuje brzina rezanja.

Pri delovanju laserskog zraenja na radni predmet dolazi do stvaranja raznih isparenja koja se u osnovnom stanju ili sjedinjena sa esticama atmosferskog vazduha mogu deponovati na optikim povrinama elemenata za fokusiranje. Time se smanjuje njihova optika propusnost za lasersko zraenje. U sluajevima kada je nataloeni sloj veliki, lasersko zraenje moe na njega delovati kao na materijal radnog predmeta, a kako se on nalazi na samom soivu, izazvae oteenja. Vee estice isparenog ili rastopljenog materijala koje se nekontrolisano rasprskavaju mogu izazvati trajno oteenje optikih elemenata. Mlaz gasa koji se produvava neposredno ispred soiva titi ga od oteenja.


49

Pri laserskoj obradi poluprovodnikih-elektronskih komponenti produvavanje gasom koristi se i za hladjenje radnog predmeta, to je u ovom sluaju veoma vano.

Ispitivanja realizovana u okviru ovog rada su vrena na laserskoj maini Bystronic Bystar

3015 u preduzeu "Metal sistemi - procesna oprema" u Kragujevcu. Karakteristike ove maine su detaljno opisana u prethodnom poglavlju.

Materijal predmeta obrade je 0361(S235 JRG2), njegove karakteristike su prikazane u tabeli 5.

Materijal Hemijski sastav Mehanike osobine

S 235 JRG2

(0361) C0,17% Mn1,4%

Re235 N/mm2 Si 0,03 - 0,30% P, S 0,045%

Tabela 4. Karakteristike materijala

Realizovana ispitivanja su se odnosila na utvrivanju uticaja parametara laserskog seenja na kvalitet dobijenih povrina reza kod materijala 0361 debljina 2, 3 i 4 mm, pri variranju parametara: brzine pomonog kretanja i snage lasera.

Merenje hrapavosti vreno je na mernom sistemu Talysurf 6. Merni sistem slui za merenje karakteristika mikrogeometrije kontaktnih povrina prikazan na slici 6.2. Ureaj je kompjuterizovan i ima irok spektar mogunosti kao to su:

merenje osnovnih i dopunskih parametara hrapavosti i valovitosti,

statistika obrada rezultata merenja parametara hrapavosti,

prikazivanje rezultata na ekranu, njihovo memorisanje, tampanje i crtanje,

prostorno skeniranje povrine.

Korienjem ovog mernog sistema dobili smo vrednosti parametara mikrogeometrije povrine obraenog materijala.

Slika 6.2 Ureaj za merenje hrapavosti Talysurf-6


50

6.1 Uslovi ispitivanja

Ispitivanje je izveno variranjem parametara i to:

Snaga lasera (KW): 3.375 5.085

Brzina (mm/min): 1650 2750

Pritisak pomonog gasa O2 (bar): 0.5

Fokus: - 1,0 mm Prilikom ispitivanja seeni su delovi dimenzija 25 x 25 mm.

Rt1 - Rt5, m Maksimalne visine profila na referentnimduinama, na duini ocenjivanja

Ra, m Srednje aritmetiko odstupanje profila na duini ocenjivanja

Rq, m Srednje kvadratno odstupanje profila na duini ocenjivanja

Ry, m Maksimalna visina profila, maksimalna Rti vrednost

Rtm, m Srednja Rti vrednost

Rv, m Najvea dubina udubljenja profila

Rp, m Najvea visina ispupenja profila

Sm, m Srednji korak ispupenja profila

q, o Srednji kvadratni ugao nagiba profila

Rsk Koeficijent asimetrije profila, mera simetrije krive raspodele amplituda

Rku Kurtosis, mera zaotrenosti krive raspodele amplituda

S, m Srednji korak lokalnih ispupenja profila

R3z, m Srednja vrednost rastojanja treeg po visini ispupenja i treeg po dubini

udubljenja na referentnoj duini profila

Rpm, m Srednja vrednost Rpi odreenih na referentnim duinama

R3y, m Najvee rastojanje treeg po visini ispupenja i treeg po dubini

udubljenja na referentnoj duini.

Tabela 6. Parametri topografije povrine koji se mere korienjem Talysurf-6


51

Rezultati merenja parametara topografije prikazani su na sledeoj tabeli:

S (S=2mm)

Uzorak 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Rt1 16,9 13,8 22 33 39 62 30 34 40

Rt2 14,2 12,7 29 35 30 30 42 40 25

Rt3 13,9 13,7 22 22 27 33 40 52 36

Rt4 12,4 10,8 20 22 48 26 39 46 32

Rt5 15,8 14,9 31 30 34 22 35 32 26

Ra 3,04 2,87 5,2 5,6 7,4 7,7 7,6 7,7 6,1

Rq 3,86 3,52 6,2 7,0 9,5 10,2 9,3 9,4 8,7

Ry 16,9 14,9 31 35 48 62 42 52 40

Rtm 14,7 13,2 25 28 36 35 37 41 32

Rv 8,4 7,2 15 16 19 23 20 23 17

Rp 13,8 10,0 20 20 29 38 23 29 32

Sm 144 171 165 183 260 249 224 238 306

q 11,2 7,4 13,7 14,9 15,5 15,9 17,5 17,3 14,6

Rsk 0,2 0,3 0,2 0,2 0,4 0,7 0,2 0.4 0,4

Rku 3,4 2,7 2,5 2,8 3,1 4,2 2,4 2,8 3,8

S 76 91 86 89 217 208 173 222 186

R3z 9,5 6,4 16 18 0 0 22 0 0

Rpm 9,6 8,0 13 15 22 22 19 23 22

R3y 11,3 8,9 20 24 0 0 23 0 0

S (S=3mm)

Uzorak 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Rt1 10,1 - 54 14 20 14 19 24 24 10

Rt2 11,8 - 55 15 22 17 23 29 30 14

Rt3 13,9 - 36 20 23 13 27 25 30 29

Rt4 15,8 - 42 13 28 13 14 22 15 32

Rt5 13,4 - 60 11 24 17 34 25 30 22

Ra 2,47 - 12,5 3,3 6,1 3,5 4,8 5,6 6,3 4,7

Rq 3,13 - 14,9 4,1 7,3 4,4 6,1 6,8 7,7 6,3

Ry 15,8 - 60 20 28 17 34 29 30 32

Rtm 13,0 - 49 15 24 15 23 25 26 21

Rv 6,1 - 32 11 19 12 19 13 18 16

Rp 9,7 - 36 10 17 11 15 17 20 18

Sm 230 - 253 281 335 292 306 217 483 385

q 7,0 - 21,8 7,6 10,7 7,7 9,9 13,0 8,8 8,1

Rsk 0,5 - 0,3 0,2 -0,1 -0,3 -0,5 0,1 -0,3 0,2

Rku 2,9 - 2,3 2,7 2,3 3,0 3,4 2,2 2,5 3,6

S 80 - 213 96 96 95 98 121 104 80

R3z 6,5 - 0 7 10 7 10 14 9 10


52

Rpm 8,1 - 26 6 10 7 12 13 14 10

R3y 8,5 - 0 9 14 11 14 19 14 17

S (S=4mm)

Uzorak 1 2 3 4 5 6 7 8 9a 9b 10

Rt1 89 35 44 30 22 29 33 35 3,9 108 105

Rt2 54 66 71 11 25 30 45 49 7,2 85 111

Rt3 92 54 49 14 24 38 56 77 7,2 98 128

Rt4 98 81 77 11 22 56 52 83 7,8 86 117

Rt5 49 21 39 20 28 49 55 72 6,0 90 110

Ra 20,7 11,9 13,0 3,6 5,4 9,3 9,7 15,4 1,67 25,2 34,8

Rq 25,2 15,9 17,6 5,0 6,9 11,6 12,7 20,2 2,04 29,6 38,9

Ry 98 81 77 30 28 56 56 85 7,8 108 128

Rtm 76 52 56 17 24 40 48 73 6,4 94 114

Rv 65 37 4,0 14 14 26 23 64 4,4 66 72

Rp 38 44 43 16 19 30 35 35 5,2 42 57

Sm 1005 790 842 358 806 482 783 735 680 969 801

q 15,3 12,1 12,6 5,8 5,6 8,6 5,5 16,8 2,4 17,7 22,1

Rsk -0,5 0,4 -0,3 -0,2 0,4 0 0,5 -0,9 0,4 -0,6 -0,2

Rku 2,7 3,3 3,1 4,0 2,7 2,9 3,2 3,5 2,5 2,1 1,6

S 233 289 455 125 225 201 367 233 59 419 239

R3z 0 0 0 5 0 0 0 4,6 0 0 0

Rpm 32 28 32 9 14 19 29 27 3,3 35 52

R3y 0 0 0 10 0 0 0 0 6,5 0 0

Tabela 7. Rezultati merenja

Nakon merenja parametara topografije povrina, izvrena je izrada fotografija svih dobijenih uzoraka. Ova merenja su imala za cilj utvrivanje uticaja reima laserskog rezanja na oblik linija reza.

U narednom delu teksta prikazani su parametri topografije pri obradi lima, profili

topografije povrina i fotografije dobijenih povrina za svaki eksperiment ponaosob.


53

Eksperiment

2.1

S=2mm

v,

mm/min

P, KW Ra,

m

Rtm,

m

5600 1,2 3.04 14.7

Slika 6.3 Uslovi eksperimenta 2.1 i izgled povrine uzorka

Duzina profila , mm

Vis

ina n

era

vnin

a ,

m

-20

-10

0

10

20

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

Slika 6.4 Topografija povrine uzorka eksperimenta 2.1

Eksperiment

2.2

S=2mm

v,

mm/min

P, KW Ra,

m

Rtm,

m

5600 1,2 3.04 14.7


Duzina profila , mm

Vis

ina n

era

vnin

a ,

m

-20

-10

0

10

20

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0


54


Eksperiment

2.3

S=2mm

v,

mm/min

P, KW Ra,

m

Rtm,

m

4000 0,8 5,2 25


Duzina profila , mm

Vis

ina n

era

vnin

a ,

m

-20

-10

0

10

20

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0


Eksperiment

2.4

S=2mm

v,

mm/min

P, KW Ra,

m

Rtm,

m

4000 1,6 5,6 28


Duzina profila , mm

Vis

ina n

era

vnin

a ,

m

-20

-10

0

10

20

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0


55


Eksperiment

2.5

S=2mm

v,

mm/min

P, KW Ra,

m

Rtm,

m

4000 1,2 7,41 36


Duzina profila , mm

Vis

ina n

era

vnin

a ,

m

-20

-10

0

10

20

30

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0


Eksperiment

2.6

S=2mm

v,

mm/min

P,

KW

Ra,

m

Rtm,

m

3500 1,2 7,7 35



56

Duzina profila , mm

Vis

ina n

era

vnin

a ,

m

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0


Eksperiment

2.7

S=2mm

v,

mm/min

P,

KW

Ra,

m

Rtm,

m

3000 1,2 7,6 37


Duzina profila , mm

Vis

ina n

era

vnin

a ,

m

-20

-10

0

Diplo Laser

Documents

Transcript of Diplo Laser