1. Laser Beam Focusing Basics
1.1 Prinsip Energi Terfokus
Sistem optik pemotong laser memadatkan balok menjadi titik fokus dengan kepadatan energi puncak, dihitung dengan rumus: \ (e=\ frac {p} {\ pi r^2} \)
di mana \ (p \) mewakili kekuatan dan \ (r \) adalah jari -jari balok pada titik fokus. Ada tiga status fokus utama yang menentukan bagaimana balok berinteraksi dengan bahan:
· Fokus positif: Titik fokus terletak di atas permukaan material, menghasilkan balok yang lebih luas di bagian atas.
· Nol fokus: Titik fokus selaras dengan permukaan, menyeimbangkan diameter balok di seluruh ketebalan material.
· Fokus negatif: Titik fokus diposisikan di bawah permukaan, memusatkan energi dalam material.
1.2 Pentingnya posisi fokus
Posisi fokus secara langsung mempengaruhi bagaimana sinar laser meleleh dan mengeluarkan material melalui ketebalannya. Penyelarasan yang salah menyebabkan distribusi energi yang tidak merata, yang dapat menyebabkan cacat seperti tepi kasar atau akumulasi sampah.
2. Efek pada kualitas permukaan pemotongan
2.1 Kekasaran permukaan
Kekasaran permukaan, diukur dengan parameter seperti \ (r _ a \), menunjukkan kehalusan potongan. Dengan fokus positif, balok atas yang lebih luas meningkatkan perpindahan panas lateral, menyebabkan resolidifikasi yang tidak teratur. Misalnya, pada 3mm stainless steel, \ (r _ A \) meningkat dari 12μm pada nol fokus menjadi 15μm dengan fokus +1 mm. Sebaliknya, -0. 5mm Fokus negatif memusatkan energi, meningkatkan ejeksi material cair dan mengurangi kekasaran menjadi 10μm.
2.2 Tepi Tepi Tegas
Perakitan presisi membutuhkan pemotongan dengan tepi 90 derajat. Fokus positif menciptakan bevel "lebar, bawah-bawah", seperti sudut 8 derajat pada aluminium 5mm dengan +2 mm fokus. Fokus negatif -1 mm sedang menyatu dengan balok saat masuk, meminimalkan bevel menjadi 3 derajat dengan mendistribusikan energi secara merata melalui material.
2.3 Formasi sampah
Bentuk sampah ketika bahan cair gagal untuk mengeluarkan sepenuhnya. Fokus positif mengurangi kepadatan energi di bagian bawah, meninggalkan penyimpangan setebal residu sering muncul pada baja karbon 10mm dengan +1 mm fokus. A -0. Fokus 8mm yang dikombinasikan dengan gas assist oksigen memberikan energi yang cukup untuk mengeluarkan oksida besi cair, menghasilkan potongan bebas sampah.
2.4 Zona yang terkena dampak panas (HAZ)
Haz adalah area kerusakan termal di sekitar potongan. Fokus positif memperluas haz teratas; Pada Titanium 4mm, mengukur 0. 3mm pada nol fokus versus 0. 25mm di -0. 5mm. Fokus negatif memusatkan energi, menjaga sifat material dalam paduan kekuatan tinggi.
3. Strategi Fokus untuk Bahan yang Berbeda
3.1 Bahan Logam
· Stainless steel (2–5mm): Gunakan sedikit fokus negatif (-0. 3 ke -0. 8mm) dengan gas assist nitrogen untuk mencegah oksidasi dan memastikan peleburan yang seragam.
· Baja karbon (10mm+): Fokus negatif yang lebih dalam (-1 ke -1. 5mm) Mengaktifkan pemotongan eksotermik dengan oksigen, meningkatkan pelepasan sampah.
· Paduan aluminium: Untuk lembaran tipis (kurang dari atau sama dengan 3mm), nol ke +0. Fokus 2mm mengurangi refleksi balok; Lembar yang lebih tebal (-0. 5mm) membutuhkan nitrogen bertekanan tinggi untuk melawan konduktivitas termal.
3.2 Bahan non-logam
· Akrilik/plastik: Terapkan fokus positif (+1-+2 mm) untuk menyebarkan energi dan menghindari pembakaran, dipasangkan dengan udara bertekanan rendah untuk tepi bersih.
· Kayu/Komposit: Sedikit fokus positif (+0. 5mm) meminimalkan charring dalam kayu, sedangkan nol fokus mencegah delaminasi dalam komposit fiberglass.
4. Teknik Kontrol Fokus Lanjutan
4.1 Sistem Fokus Otomatis
Sensor mendeteksi variasi benda kerja real-time, menyesuaikan fokus untuk mempertahankan kualitas pada bahan yang bengkok dan mengurangi tingkat penolakan otomotif sebesar 30%.
4.2 Penyesuaian Fokus Dinamis
Mesin dapat mengadaptasi fokus mid-cut untuk perubahan ketebalan. Misalnya, 0. 7mm fokus yang lebih dalam saat bertransisi dari baja 3mm ke 5mm memastikan kualitas potongan yang konsisten.
4.3 Protokol Kalibrasi
Pola uji menghasilkan peta fokus khusus material, menyimpan pengaturan optimal dan memotong waktu pengaturan sebesar 20%.
5. Contoh Aplikasi Industri
· Baja otomotif: Menyesuaikan fokus dari -0. 5mm ke -0. 8mm pada 6mm hsla baja mengurangi cacat tepi sebesar 40%.
· Titanium Aerospace: Memotong 5mm ti -6 al -4 V dengan -0. 3mm Fokus mencapai haz kurang dari 0. 2mm, memenuhi standar resistensi kelelahan yang ketat.
6. Tantangan dan pandangan di masa depan
Cutting thick materials (>Baja 20mm) tetap sulit karena divergensi balok. Perkembangan di masa depan dapat menggabungkan AI untuk menganalisis data real-time untuk optimasi fokus otomatis, memungkinkan pemrosesan yang dapat disesuaikan untuk berbagai bahan.
7. Kesimpulan
Posisi fokus pemotong laser secara signifikan berdampak pada kualitas pemotongan, mempengaruhi kekasaran, bentuk tepi, sampah, dan HAZ. Dengan menyesuaikan pengaturan fokus ke kebutuhan material dan memanfaatkan teknologi kontrol canggih, produsen dapat mencapai presisi yang lebih tinggi, mengurangi limbah, dan memenuhi permintaan industri.
----- Amelia -----