Laserleikkauskoneiden tyypit ja sovellukset
Mitä tyyppejä laserleikkauskoneita on olemassa?
- Viimeksi päivitetty: 15.7.2025 klo 10.48.50
Laserleikkauksessa käytetään laseria fyysisten leikkaustyökalujen tai korkean lämpötilan liekkileikkauksen sijaan. Laserin ominaisuuksien ansiosta sillä on merkittäviä etuja perinteiseen leikkaukseen verrattuna. Laserleikkauksen tehon lisäksi laserin optisilla ominaisuuksilla, kuten aallonpituudella, pulssinleveydellä ja pulssin toistotaajuudella, on suurin vaikutus leikkaukseen. Lasertyypistä riippuen nykyiset teollisuuslaserlaitteet jaetaan pääasiassa kuitulasereihin, CO2-lasereihin ja YAG-lasereihin.
Fiber Laser
Kuitulaser on laserjärjestelmä, joka käyttää vahvistusväliaineena harvinaisilla maametalleilla seostettua lasikuitua. Se koostuu kolmesta osasta: vahvistusväliaineesta, pumppauslähteestä ja resonanssiontelosta. Yleensä puolijohdelaseria käytetään pumppauslähteenä, ja resonanssiontelo koostuu yleensä heijastimesta, kuidun päätypinnasta, kuiturengaspeilistä tai kuituhilasta ja muista laitteista. Vahvistusväliaineena käytetään aktiivikuitua, jossa on harvinaisia maametalleja (erbium (Er3+), ytterbium (Yb3+), neodyymi (Nd3+), samarium (Sm3+), tulium (Tm3+), holmium (Ho3+), praseodyymi (Pr3+), dysprosium (Dy3+), vismutti (Bi3+) jne.).

Seostettujen ionien määrästä riippuen kuitulaserit voivat saavuttaa eri aallonpituisia lasersäteitä. Teollisuudessa käytetty aallonpituus on yleensä 1.06 μm (kymmenesosa CO2-laserin aallonpituudesta), joten se soveltuu erityisesti ohuiden metallilevyjen leikkaamiseen.

Kuitulasereiden edut
Hyvä säteen laatu: Optisen kuidun aaltojohderakenteen ansiosta kuitulaserilla on helppo saada yksisuuntainen poikittaismoodilähtö, ja ulkoiset tekijät vaikuttavat siihen vähemmän, ja se voi saavuttaa kirkkaan laserlähdön. Tämän tyyppisellä laserilla on pieni suorareunainen leikkaus ja sileä leikkauspinta, ja sillä voidaan saada suuri syvyys-halkaisija-suhde ja syvyys-leveyssuhde.
Korkea sähköoptinen muunnostehokkuus: Sähköoptisen muunnoksen hyötysuhde voi nousta 20–30 prosenttiin (CO2-lasereilla se on yleensä 8–10 prosenttia). Erittäin korkea energianmuunnoksen hyötysuhde tekee tämän tyyppisestä laserista energiansäästöisemmän ja tuottaa vähemmän lämpöä. Pienitehoisissa laitteissa voidaan käyttää ilmajäähdytysjärjestelmää, ja suuritehoisissa laitteissa käytettävän vesijäähdytyskoneen tehontarve pienenee vastaavasti.
Suuri leikkausnopeus: Leikkausnopeus voi olla 4–5 kertaa YAG-laserleikkauskoneen nopeus.
Korkea laitteiston vakaus ja yksinkertainen huolto:Optinen reitti on yksinkertainen, ei tarvita monimutkaisia heijastimia, ulkoinen ympäristö vaikuttaa siihen vähemmän ja siitä johtuvat ylläpitokustannukset ovat alhaiset.
Alhaiset käyttökustannukset: Erittäin korkea sähköoptinen muunnostehokkuus voi säästää enemmän sähköä, yksinkertainen optinen reittijärjestelmä tekee ylläpitokustannuksista erittäin alhaisia, eikä kaasuväliainetta käytetä, mikä säästää niihin liittyviä kustannuksia.
Vaaraton ihmiskeholle: Laser on infrapunasäteilyä, joka on näkymätöntä ihmissilmälle eikä aiheuta vaaraa ihmiskeholle.
Kuitulasereiden haitat
Leikkausmateriaalin rajoitus: Kuitulaserilla ei voi leikata ei-metallisia materiaaleja eikä pinnoitettuja materiaaleja, kuten tavallista pinnoitettua ruostumatonta terästä, ruosteenestopinnoitteella varustettuja erikoisteräslevyjä jne.
Korkeat alkukustannukset: Kuitulaserleikkauskoneen alkuhinta on korkeampi, mutta myöhemmät käyttökustannukset ovat paljon pienemmät.
CO2 Laser
CO2-laser on kaasulaser, joka edustaa kaasulaserin "värähtely-rotaatiomolekyylilaseria". Sen työkaasu on CO₂:n, N₂:n ja He:n seos. Atomien elektronit pysyvät perustilassa, ja laserin siirtymä tapahtuu kahden eri värähtelytilojen CO₂-rotaatioenergiatason välillä.

Yleisin CO₂-lasergeneraattorityyppi käyttää tasaviritteistä CO₂-laserputkea. Se käyttää korkeajännitteistä tasavirtaa (DC) sähkökenttää (tyypillisesti useita kilovoltteja) kaasupurkauksen suoraan ohjaamiseen, jossa CO₂-molekyylit virittyvät värähtely-rotaatioenergiatasoille elektronien törmäysten kautta, jolloin saavutetaan populaation inversio ja lasersäteily.

Saatavilla on myös huippuluokan CO2-lasergeneraattori – radiotaajuuslaserputki (RF), joka hyödyntää korkeataajuista vaihtovirtaa (AC) sähkökenttää (esim. 13.56 MHz) kaasumolekyylien elektrodittomaan virittämiseen, mikä tuottaa plasmapurkauksen. Tämä prosessi virittää CO₂-molekyylit värähtely-kiertoenergiatasolle, mikä tuottaa lasersäteilyä. RF-laserputki tarjoaa erinomaisen purkauksen tasaisuuden, vakaammat sädemoodit (esim. TEM₀₀) sekä korkeamman hyötysuhteen, pidemmän käyttöiän ja suuremman tehotiheyden verrattuna tasaviritettyihin järjestelmiin.

CO2-laserin edut
Ei-metallisten materiaalien leikkaus: CO2-laserin aallonpituus on 10.6 μm. Tämän aallonpituuden valonsäde absorboituu helposti ei-metallisiin materiaaleihin. Sen alhainen heijastavuus ja haihtumislämpötila saavat absorboituneen valoenergian tunkeutumaan lähes kokonaan materiaaliin ja aiheuttavat haihtumisen, joka muodostaa reikiä välittömästi, jolloin leikkausprosessi käynnistyy positiivisessa kiertokulussa.
Vakaa suorituskyky: CO2-laserleikkauskoneita on käytetty yli 30 vuotta. Monet niiden prosessointiominaisuuksista on tutkittu perusteellisesti ja prosessointiteknologia on kehittynyt erittäin kypsäksi.
Vaaraton ihmiskeholle: Laser on infrapunasäteilyä, joka on näkymätöntä ihmissilmälle eikä aiheuta vaaraa ihmiskeholle.
CO2-laserin haitat
Ei sovellu metallin leikkaamiseen: Tavallisilla CO2-laserleikkauskoneilla on vaikea leikata metallimateriaaleja, koska niiden lähettämä 10.6 μm:n aallonpituuden lasersäteily on metallimateriaalien vaikeasti absorboitavaa. Vaikka jonkin verran metallinleikkausta voidaan saavuttaa muokkaamalla leikkauskonetta (tehoa lisäämällä, heijastavaa eristintä lisäämällä, happipolttoa käyttämällä jne.), kustannukset ja leikkausteho ovat huomattavasti huonommat kuin kuitulaserleikkauskoneella, ja korkean heijastavuuden omaavien metallimateriaalien leikkauskyky on erittäin huono, erityisesti ei sovellu korkean heijastavuuden omaavien ei-rautametallien, kuten kullan, hopean, kuparin, alumiinin, sinkin jne., käsittelyyn.
Myöhemmän käytön korkeat kustannukset: CO2-laserleikkauskoneen tuottama 10.6 μm:n lasersäde ei voi kulkea optisen kuidun kautta, ja heijastukseen tarvitaan useita heijastimia. Optinen reitti on monimutkainen, eikä sitä ole helppo siirtää asennuksen jälkeen. Sillä on tiukat ympäristövaatimukset. Tärinä, pöly, valo jne. vaikuttavat kaikki sen käytön vakauteen. Ja virrankulutus on korkea, ja heijastimen käyttöikä ja kaasunkulutus lisäävät myös sen käyttökustannuksia.
Alhainen prosessoinnin joustavuus: Kuitulaserin optiseen valokuitujohtimeen verrattuna tämän tyyppisen laserkäsittelyn joustavuus on vähäistä. CO2-laserleikkauskoneen 3D-leikkausalueen lisääminen on aina ollut vaikea ongelma alalla.
YAG Laser
YAG-laser, jonka koko nimi on neodyymillä seostettu yttriumalumiinigranaattilaser, on yttriumalumiinigranaattikiteeseen (Y₃Al₅O₁₂, josta käytetään lyhennettä YAG) perustuva kiinteäainelaser.

YAG-lasereiden edut
Suuri yksittäisen pulssin energia ja korkea huipputeho: YAG-kiteellä on korkea vauriokynnys, jonka ansiosta sillä voidaan saavuttaa suuri yksittäisen pulssin energia ja huipputeho. Joissakin prosessointisovelluksissa, jotka vaativat välitöntä suurta energiantuottoa, kuten tiettyjen materiaalien porauksessa ja syväkaiverruksessa, YAG-laser voi suorittaa prosessointitehtävät tehokkaammin, ja sen sovellusalue on suhteellisen laajempi.
Vahva metallimateriaalien käsittelykyky: Se tuottaa lasereita, joiden aallonpituus on 1.06 μm, joilla on korkea kytkentätehokkuus metallien kanssa ja hyvä prosessointiteho.
Korkea prosessoinnin joustavuus: YAG-lasereita voidaan kytkeä optisiin kuituihin, ja niillä on erittäin korkea prosessointijoustavuus, kuten optisilla kuitulasereilla.
Alhainen hinta: YAG-laserit ovat suhteellisen kypsiä lasereita, joilla on korkea tekninen kypsyysaste, suhteellisen halvat hinnat ja alhaiset alkuinvestointikustannukset.
Vaaraton ihmiskeholle: Laser on infrapunasäteilyä, joka on näkymätöntä ihmissilmälle eikä aiheuta vaaraa ihmiskeholle.
YAG-lasereiden haitat
Alhainen sähköoptinen muunnostehokkuus: YAG-lasereiden sähköoptinen muunnostehokkuus on yleensä 1–3 %, ja suurin osa sähköenergiasta muuttuu lämpöenergiaksi.
Ilmeinen lämpövaikutus: Kun YAG-laseria käytetään, lasersauvan sisälle syntyy lämpötilagradientti, joka aiheuttaa lämpöjännitystä ja lämpölinssivaikutusta. Lämpöjännitys voi aiheuttaa lasersauvan rikkoutumisen, mikä vaikuttaa laserin normaaliin toimintaan. Lämpölinssivaikutus muuttaa lasersäteen tarkennusominaisuuksia, heikentää säteen laatua ja rajoittaa sen keskimääräisen tehon ja säteen laadun paranemista. Kuitulaserit käyttävät vahvistusmateriaalina ohuita harvinaisilla maametalleilla seostettuja optisia kuituja, joilla on suuri pinta-alan suhde tilavuuteen ja nopea lämmönhukka, ja jotka voivat tehokkaasti välttää lämpövaikutusten aiheuttaman säteen laadun ja tehokkuuden heikkenemisen.
Huono ei-metallisten materiaalien leikkauskyky: Kuten kuitulaserit, myöskään YAG:n 1.06 μm:n aallonpituuslaser ei sovellu ei-metallisten materiaalien leikkaamiseen.
Ostoehdotukset
Jos käsittelet pääasiassa metallimateriaaleja, kuitulaser on hyvä valinta. Se sopii erityisesti metallilevyjen leikkaamiseen. Myös sähköoptisen muunnoksen hyötysuhde on paljon korkeampi kuin CO2-laserin ja YAG-laserin. Se on kooltaan pieni ja helppo huoltaa. Sillä on erinomaiset joustavat prosessointiominaisuudet. Erityisesti kuitulaserleikkauskoneiden hinta on vähitellen laskenut viime vuosina. Se on lähes korvannut perinteiset kiinteät laserit ja hiilidioksidilaserit metallinleikkauksessa.
Jos käsittelet pääasiassa ei-metallisia materiaaleja (kuten puuta, akryyliä, muovia, nahkaa, keramiikkaa jne.), hiilidioksidilaser on ainoa vaihtoehto.
Ilmeisen kustannusedun lisäksi YAG-laserit on käytännössä korvattu kuitulasereilla teollisen leikkauksen alalla.
SAMANKALTAISET MALLIT
Suosittelemme sinulle joitakin samankaltaisia malleja...