Резка — одна из основных операций в изготовлении металлоизделий. Она применяется на стадии раскроя заготовок и в ходе придания деталям окончательной формы. Во многих случаях более эффективными являются термические способы резки металла, которые демонстрируют более высокие производительность и качество, в сравнении с механическими. К термическим видам относится и лазерная резка, в частности, сублимационный метод использования лазера.
Сублимационная резка: суть метода
Лазерная резка производится путем направленного воздействия на металл лазерного луча. Лазерная установка генерирует поток световых частиц большой скорости, сфокусированный в пучок микронного диаметра. Этот луч обладает гигантской энергией, способной резко нагревать металлическую поверхность в точке соприкосновения до температуры, соответствующей температуре плавления или превышающей её. Такое локальное кратковременное воздействие нарушает структуру металла в заданном месте, образуя отверстие или углубление. При перемещении луча по поверхности получается узкий рез или борозда.
В зависимости от степени нагрева различают два основных вида лазерной резки: плавлением и испарением.
При резке плавлением лазерная установка обычно работает в непрерывном режиме, поддерживающем энергию луча на уровне, достаточном для достижения температуры плавления металла. Образующиеся капли расплава выдуваются из зоны реза потоком подающегося под давлением воздуха, кислорода или инертного газа.
Используя импульсный режим генерирования потока частиц, можно получить излучение более высокой мощности, способной создавать в точке контакта с металлом нагрев, превышающий температуру плавления. Такой метод называется сублимационной резкой.
Сублимация как физический процесс означает переход вещества из твёрдого состояния в парообразное, минуя жидкие стадии — плавления и кипения. Испарение частиц металла практически без образования расплава и является основой сублимационного способа резки.
Давление пара в процессе сублимации выбрасывает сопутствующие частицы расплава из зоны реза. В качестве газовой среды используются инертные газы для создания изолирующей прослойки, предотвращающей окисление.
Отличие сублимационной технологии от других вариантов лазерной резки
Сублимационная резка имеет свои достоинства и ограничения. Основное преимущество этого способа — получение реза высокого качества с сохранением исходных свойств материала:
- Процесс с минимальным количеством расплава образует ровные и гладкие кромки;
- Чистота кромок без окалины гарантируется отсутствием окисления;
- При импульсном воздействии длительностью до наносекунд тепловое воздействие не распространяется на объем заготовки и не изменяет характеристик материала в области кромок и всей детали.
Применение сублимационной резки имеет свои сдерживающие факторы:
- Для генерирования импульсов с мощностью более 107 Вт/см2 необходимы высокие энергозатраты;
- Скорость резки способом сублимации относительно невысока;
- Метод неприменим для металла большой толщины.
Где используется сублимационная резка
Сочетание высокой точности и качества сублимационной резки с относительно низким коэффициентом полезного действия определяет сферы ее применения.
Лазерная сублимационная резка незаменима там, где требуется максимальная точность и качество реза и необходимо избежать изменения свойств материала под термическим воздействием. Перечисленные качества важны в высокоточных производствах: микроэлектронике и робототехнике, изготовлении медицинских приборов и средств микрохирургии, измерительных приборов в наукоемких отраслях.
