 De laser biedt een hoogst nauwkeurig CNC
gestuurde methode voor het snijden van
metalen, kunststoffen en keramische
materialen. Het is een gemechaniseerd-,
thermisch-, en contactloos proces voor het
met hoge kwaliteit en precisie snijden van
de meeste materialen.Er zijn twee typen
lasers die in het algemeen voor het snijden
gebruikt worden, de CO2 laser en
de Nd:YAG laser. Naast de aard van het
laseractieve medium, is het belangrijkste
verschil de golflengte van de laserstraal.
Deze bedraagt bij de CO2 laser
10,6 µm en bij de Nd:YAG laser 1,06 µm. In
beide gevallen wordt de snede op dezelfde
wijze gemaakt, namelijk door met behulp van
lenzen en spiegels een monochromatische
lichtstraal in een zeer kleine spot te
focusseren. De energiedichtheid die in het
focuspunt ontstaat bedraagt meer dan 106
W/cm2 , voldoende om het
materiaal plaatselijk te smelten of zelfs te
verdampen. Zo gauw er over de gehele dikte
van de plaat gesmolten of verdampt materiaal
ontstaan is kan het snijgas, dat co-axiaal
vanuit het snijmondstuk aangevoerd wordt dit
materiaal uit de snede blazen. (Zie Fig. 1) |
 Het karakter van het lasersnijproces
wordt bepaald door het feit dat de
laserstraal tot een spot van minder dan 0,5
mm gefocusseerd kan worden, waardoor zeer
hoge energiedichtheden kunnen ontstaan. Als
gevolg hiervan worden bij hoge snijsnelheden
zeer haakse sneden verkregen. Een ander
gevolg van deze combinatie is, dat de door
de warmte-beïnvloed zone uiterst gering is
met als resultaat een minimum aan vervorming
van het gesneden onderdeel. Doordat de
golflengte van het laserlicht van de Nd:YAG
laser veel korter is - dit ligt in de buurt
van het zichtbare licht - kan deze
laserstraal door een glasvezelkabel geleid
worden. Hierdoor wordt de manipulatie veel
makkelijker en kan de straal in combinatie
met bijvoorbeeld een robot voor het
drie-dimensionaal snijden gebruikt worden.
De CO2 laser wordt daarentegen
doorgaans voor het snijden in het platte
vlak gebruikt. |
Snijgassen
Los van het feit dat in de CO2 laser ook
gassen gebruikt worden voor het opwekken van het
laserlicht, zijn bij het snijproces zelf ook gassen
voor het verwijderen van het gesmolten materiaal
nodig. Hierin onderscheidt men inerte en reactieve
gassen. Als reactief gas wordt in de praktijk
zuurstof gebruikt bij het snijden van de laag- en
ongelegeerde staalsoorten. De zuurstof reageert
tijdens het snijden met het staal en dit exotherme
proces levert een extra hoeveelheid energie waardoor
ook bij grotere plaatdiktes hoge snijsnelheden
bereikt kunnen worden. Zowel de gasdruk als ook de
hoeveelheid zuurstof zijn bij deze vorm van snijden
betrekkelijk laag. Door gebruik te maken van een
hogere zuurstof zuiverheid, bijvoorbeeld O2
3.5 in plaats van de gebruikelijk 2.5 kwaliteit voor
industriële zuurstof, kan een nog hogere
snijsnelheid bereikt worden. Voor het snijden met
niet-reactieve gassen wordt meestal gebruik gemaakt
van stikstof en soms ook argon. Deze gassen
veroorzaken geen exotherme reactie met het te
snijden materiaal en worden alleen gebruikt voor het
uit de snede verwijderen van het gesmolten
materiaal. Om toch een voldoende hoge snijsnelheid
te bereiken wordt dit gas met een veel hogere druk
gebruikt - drukken tot 20 bar zijn geen
zeldzaamheid. Deze lasersnijvariant wordt vooral
toegepast voor materialen die onder invloed van
zuurstof ongewenste oxides vormen zoals roestvast
staal, aluminium en titaan. Bij gebruik van een
goede kwaliteit stikstof of argon is de snijkant zo
blank dat het gesneden deel zonder verdere
behandeling zelfs als eindproduct gebruikt kan
worden. Ook bij laaggelegeerd staal wordt deze
methode wel toegepast, als de bij het zuurstof
snijden altijd aanwezige oxidehuid in verband met
verdere verwerking van het product ongewenst is.
Snijkwaliteit
De maatnauwkeurigheid van een gesneden product is
mede bepalend voor de verdere werkzaamheden in het
productie proces. Dit bepaald namelijk of het
halfproduct zondermeer in de constructie of
installatie toegepast kan worden of dat er nog een
extra bewerking moet plaatsvinden. In het navolgende
zullen de criteria die de kwaliteit van de snede
bepalen worden besproken. In de norm EN ISO 9013
wordt uitvoerig ingegaan op de wijze hoe deze
waardes gemeten kunnen worden.
Snijvoeg
De breedte van de snijvoeg geeft een indicatie van
de kleinste interne radius die bij het vormsnijden
gesneden kan worden. Bij het lasersnijden is de
snijvoeg zeer klein en ligt bij de CO2
laser rond de 0,5 mm en bij de Nd:YAG laser rond de
1,0 mm.
Snede ruwheid (Rz)
De ruwheid van de snede bepaalt of een gesneden
onderdeel zondermeer verder gebruikt kan worden -
eventueel als eindproduct - of dat een verdere
(mechanische) bewerking nog noodzakelijk is. De
waarde hiervan wordt aangegeven als Rz in µm en
gemeten over vijf naast elkaar liggende
representatieve meettrajecten, e.e.a. volgens de
norm EN ISO 9013. Zowel bij de Nd:YAG als ook de CO2
laser is de oppervlakte van de snede dermate glad
dat de producten doorgaans zonder verdere bewerking
gebruikt kunnen worden.
Haaksheid van de snede (U)
| De relatieve haaksheid van de snede bepaalt
eveneens of een onderdeel zonder verdere
nabewerking toegepast kan worden. Deze wordt
vastgesteld als de afstand tussen twee
parallelle lijnen (90o) over de
twee uiterste punten van de snede. Beide
lasertypes zijn in staat een nagenoeg
perfecte haakse snede te produceren. In
figuur 2 wordt voor de diverse thermische
snijprocessen bij het snijden van laag- en
ongelegeerd staal de haalbare relatieve
haaksheid aangegeven.
|
Relatieve rechthoekigheid van de laser en
concurrerende processen voor koolstofstaal
 |
|
Warmte beïnvloede zone
De door de warmte beïnvloede zone is dat gebied,
gemeten vanaf de snijkant, dat door de warmte qua
structuur veranderd is. De breedte hiervan is van
belang omdat soms door een vermindering van
materiaaleigenschappen dit gedeelte mechanisch
verwijderd moet worden voordat het gesneden product
verder in de productie gebruikt kan worden. Zowel
bij de CO2 - als ook de Nd:YAG laser is
dit gebied uiterst klein (<0,5 mm)
Slak
Onder slak wordt verstaan, het weer gestolde
materiaal dat bij een thermisch snijproces aan de
onderzijde van de snede blijft hangen. Het kan hier
een slak betreffen die zonder mechanische bewerking
niet meer te verwijden is, of één die op eenvoudige
wijze te verwijderen is. Om aan te geven om hoeveel
slak het gaat worden in het algemeen termen als
"geen, licht, gemiddeld of zwaar" gebruikt. Voor het
lasersnijden geldt dat de slak in het geheel niet
aanwezig is of licht, afhankelijk van de ingestelde
snij-parameters.
Economie van het lasersnijden
| Zowel de CO2 - als de Nd:YAG
laser worden in de praktijk toegepast voor
het precisie snijden van plaatmateriaal met
een dikte van 1 tot 15 mm. In
uitzonderingsgevallen worden ze ook ingezet
voor dikker materiaal tot zo'n 20 mm. Bij de
aanschaf van een laserinstallatie, compleet
met alle randapparatuur, zal er rekening mee
gehouden moeten worden dat hier sprake is
van een investering die op het niveau van <
550.000 Euro ligt. Lasersnij-installaties
zullen daarom dan ook uitsluitend
aangeschaft worden als de nauwkeurigheid van
het eindproduct dit vereist, of als
duidelijk van de hoge productiesnelheid (zie
fig. 3) gebruik gemaakt kan worden.
In veel gevallen zal de laser dan ook in
een meerploegendienst ingezet worden en
uitgevoerd worden met een automatisch
product aan- en afvoer.
bron: NIL |
Snijsnelheden van de laser en concurrerende
processen voor koolstofstaal
 |
 Zie ook: lasersnijden deel 1
meer Informatie
over las-en snijtechniek |
