Lasersnijden is een zeer efficiënte methode voor metaalbewerking. Het maakt gebruik van krachtige laserstralen om zelfs de hardste materialen moeiteloos te snijden en te bewerken. Dankzij zijn doeltreffendheid is het een superieure productiemethode geworden ten opzichte van traditionele snijtechnieken. Toch begrijpen veel mensen de basisprincipes van dit proces nog steeds niet en vragen ze zich af: „Wat is lasersnijden?“
Inzicht in de basisprincipes van lasersnijden is essentieel om het maximale uit dit proces te halen. Als jij daar ook bij hoort en nog geen kennis hebt van lasersnijden, maak je dan geen zorgen! In dit artikel leg ik je alles uit over dit lasersnijproces. U leert over de geschiedenis, de belangrijkste onderdelen en de stapsgewijze werking van lasersnijden. Laten we dus aan de slag gaan!
Wat is lasersnijden?
Het is een geavanceerd proces waarbij gebruik wordt gemaakt van hoogenergetische laserstralen. Deze stralen smelten of verdampen het doelgebied. Het geautomatiseerde systeem regelt de richting en intensiteit van deze stralen om nauwkeurige sneden en vormen te creëren. Deze contactloze snijmethode leidt niet tot materiaalverspilling.
Lasersnijmachines zijn uitgerust met laserbronnen. Deze bron zendt laserstralen uit met de vereiste energie, die op de werkstukken worden gericht. De geschiedenis van de lasertechnologie gaat terug tot de jaren zestig. Theodore Maiman begon in 1960 voor het eerst met onderzoek naar lasertechnologie. In die tijd maakten fabrikanten nog gebruik van handmatige snijmethoden.
In 1965 vond het Western Electric Engineering Research Center de eerste lasersnijmachine uit. Het was een eenvoudige machine zonder specifieke precisiefuncties, maar het was de eerste stap op weg naar innovatie. Aanvankelijk werden lasermachines gebruikt om gaten te maken in diamantmatrijzen. Vergeet niet dat het snijden van hard materiaal altijd een uitdaging is geweest.
Met lasermachines konden fabrikanten echter zelfs in de hardste materialen snijden, vormen en gaten boren. In de jaren tachtig werd ook de CO₂-laser ontwikkeld, wat nog meer belangstelling wekte. Begin jaren negentig werd het computergestuurde besturingssysteem in de lasersnijmachine geïntroduceerd.
Dit bleek een belangrijke doorbraak te zijn in het vergroten van de precisie van lasersnijmachines. Daarna gingen veel fabrikanten deze CNC-gestuurde lasermachines gebruiken vanwege hun nauwkeurigheid en hoge snelheid. Tegenwoordig zijn deze machines onmisbaar in geavanceerde productie-industrieën. Van de automobielindustrie tot de lucht- en ruimtevaart: overal wordt er op grote schaal gebruik van gemaakt.
Onderdelen van een lasersnijmachine
De lasersnijmachines lijken uit één geheel te bestaan. Hun werking is echter zeer complex en vereist de gecoördineerde samenwerking van verschillende onderdelen. Inzicht in de onderdelen en hun functie is van cruciaal belang, aangezien zij de werking van het geheel bepalen lasersnijden machine. In het onderstaande gedeelte zal ik elk onderdeel van de lasersnijmachine bespreken:
- Laserbron: Zoals de naam al aangeeft, is het een bron die hoogenergetische laserstralen uitzendt. Afhankelijk van het type machine zijn er verschillende soorten laserbronnen beschikbaar.
- Werktafel: Dit is het platform waarop het werkstuk wordt vastgezet. Over het algemeen klemt een werktafel het werkstuk (materiaal) vast en zorgt ervoor dat het kan worden verplaatst. Hierdoor verloopt het werk met lasersnijmachines soepeler.
- CNC-besturing: Het is het belangrijkste onderdeel van een moderne lasersnijmachine. De operator geeft deze CNC-besturing instructies in G-code. Deze CNC-besturingen sturen vervolgens de werking van de machine aan volgens de gegeven instructies. De snijkop van lasersnijmachines beweegt in de richting van de CNC-besturing.
- Lenzen en spiegels: De laserstraling die door de bron wordt uitgezonden, wordt doorgaans verstrooid. De focusseeroptiek, zoals spiegels en lenzen, brengt deze laserstraal op één punt. Deze lenzen of spiegels concentreren de laserstraal op het juiste punt voor nauwkeurig snijden.
- Snijkop: De hierboven besproken lenzen en spiegels bevinden zich op de snijkop. Deze kop bevat ook spuitmonden die bepaalde gassen, zoals zuurstof of stikstof, uitstoten. De kop beweegt over het materiaal en richt de laserstraal op de juiste plek.
- Bewegingssysteem: Zoals eerder vermeld, beweegt de snijkop boven het materiaal. Het aandrijfsysteem zorgt ervoor dat de snijkop kan bewegen. Het systeem bestaat uit motoren, riemen en geleiderails. Hierdoor kan de kop volgens computergestuurde instructies langs de X-, Y- en Z-as bewegen.
Hoe werkt lasersnijden? Een stapsgewijs overzicht
Alle hierboven genoemde onderdelen werken samen. Een klein defect in één van deze onderdelen zorgt ervoor dat de lasersnijmachine niet meer werkt. In het onderstaande gedeelte zal ik stap voor stap uitleggen hoe lasersnijden in zijn werk gaat. Laten we beginnen!
1- Genereren van gecodeerde instructies
De eerste stap voor de operator is het genereren van de G-code-instructies. Deze stap is cruciaal, en kleine foutjes kunnen leiden tot onvolkomenheden bij het snijden of vormgeven. Bovendien vereist dit een hoge mate van vakkennis.
Ik zal uitleggen hoe G-code-instructies tot stand komen. Eerst wordt de gewenste vorm ontworpen. Dit is een digitaal model van wat fabrikanten nodig hebben. Meestal schakelen fabrikanten deskundige ontwerpers in om de eerste ontwerpen te maken. Ontwerpers gebruiken CAD-software om modellen te maken. Het gaat om een vorm die fabrikanten door lasersnijmachines willen laten produceren.
Zodra het model klaar is, wordt het ingevoerd in de CAM-software. De CAM-software verwerkt het aangeleverde ontwerp. Na een correcte interpretatie genereert deze software geautomatiseerde instructies. Deze instructies hebben de vorm van codes (G-code-instructies). De operator voert deze gecodeerde instructies vervolgens in op de lasersnijmachines.
Je vraagt je misschien af hoe machines deze G-code-instructies of -bestanden verwerken. Zoals ik hierboven al heb uitgelegd, zijn lasermachines uitgerust met een interface. De operator gebruikt deze computergestuurde interface om de G-code-instructies naar de machine over te brengen. Onthoud dat CNC-besturingen deze instructies interpreteren en uitvoeren.
2- Genereren van laserstralen
De tweede stap is het genereren van laserstralen. Zoals ik al eerder zei, zijn lasersnijmachines uitgerust met laserbronnen. Deze bronnen bestaan uit gassen die laserstralen produceren. Meestal gaat het daarbij om kooldioxide, stikstof en helium. In de bron wordt elektrische energie vrijgemaakt. Deze energie brengt de atomen van die gassen in een aangeslagen toestand.
Onthoud dat wanneer een atoom energie opneemt, het naar een hogere energietoestand gaat. Hetzelfde gebeurt in lasermachines. De atomen van die gassen nemen elektrische energie op en gaan naar een hogere energietoestand. Maar wanneer deze atomen terugkeren naar een lagere energieschaal, geven ze energie vrij. Die vrijgekomen energie komt vrij in de vorm van licht, wat we kennen als een laserstraal.
3- Laserversterking
De laser (lichtenergie) die vrijkomt wanneer een atoom in een lagere energietoestand terechtkomt, wordt verstrooid. Deze verstrooide energie is nutteloos en draagt niet bij aan het snijproces. Daarom maken lasersnijmachines gebruik van speciale focusseeroptiek. De lenzen en spiegels bundelen de laserstraal en voorkomen dat deze verstrooid raakt.
Dankzij deze lenzen wordt de laserstraal zeer scherp en smaller. Door zijn scherpte en concentratie kan hij gemakkelijk kleine doelen of punten raken. Vergeet niet dat de machines zijn uitgerust met laserresonatoren, die de energie van de laserstraal versterken. De laserresonator bestaat uit een reeks spiegels die het licht weerkaatsen.
Wanneer de laserstraal (het foton) op de spiegels valt, beweegt deze door de weerkaatsing heen en weer. Bedenk dat deze spiegels in serie zijn geplaatst. Door de voortdurende weerkaatsing neemt de energie van het foton toe. Er bevindt zich één spiegel in de reeks die gedeeltelijk doorlaatbaar is. Wanneer een foton hierop valt, laat deze spiegel het foton met versterkte energie door.
Deze uitgaande fotonen zijn laserstralen die door machines worden gebruikt. Deze stralen worden op het werkstuk gericht. Ze beschikken over voldoende energie om elk materiaal, ongeacht de dikte, te snijden en te bewerken. Via het bedieningspaneel van lasersnijmachines kunnen operators de versterkingsgraad van de laserstralen instellen.
4- Straalfocus via de snijkop
Zoals ik al eerder zei, komt de laserstraal uit de snijkop. Deze kop bestaat uit spiegels en lenzen die de laserstraal versterken. Nadat de laserstraal is versterkt, komt hij uit via het mondstuk van de snijkop. Deze kop beweegt over het materiaal of werkstuk. De laserstraal komt eruit en raakt rechtstreeks het oppervlak van het materiaal.
Door de hogere energie van de straal smelt en verdampt het materiaal. Door het smelten wordt het materiaal soepel doorgesneden. Hoe sterker en dikker het materiaal, hoe sterker de laserstraal moet worden versterkt, en omgekeerd. De beweging van de snijkop is van groot belang. Als deze beweging niet correct is, zullen fabrikanten nooit een nauwkeurig snijresultaat bereiken.
Daarom zijn lasersnijmachines uitgerust met een CNC-besturing. Dit onderdeel stuurt de bewegingen van de snijkop aan op basis van computergestuurde instructies. Alle fabrikanten die met CNC-gestuurde lasersnijders werken, hebben eigen ontwerpers in dienst die CAD-ontwerpen maken. Houd er rekening mee dat een verkeerd ontwerp leidt tot een verkeerde G-code-instructie, waardoor de precisie in het gedrang komt.
5. De rol van hulpgas bij lasersnijden
Over het algemeen smelt de laserstraal het materiaal en snijdt het door. Het gesmolten gedeelte kan er echter lelijk uitzien en de afwerking van de sneden beïnvloeden, nietwaar? In dergelijke gevallen zijn moderne lasersnijmachines uitgerust met opties voor hulpgassen zoals stikstof of zuurstof. Deze gassen komen uit de spuitmond van de snijkop en reinigen het gesneden deel. Ze zorgen ervoor dat er geen gesmolten resten op de snede achterblijven.
Op deze manier kan de laserstraal het werkstuk soepel blijven snijden. Bovendien voorkomen deze hulpgassen oxidatie, wat een groot probleem zou kunnen vormen voor de kwaliteit van de snede. De spuitmond van de snijkop heeft een kleine opening. Wanneer de laser naar buiten komt om het materiaal te snijden, gaat de tweede opening open. Hierdoor komt het hulpgas naar buiten om het gesneden deel te reinigen.
Welke materialen kunnen met een laser worden gesneden?
Lasersnijmachines zijn zeer veelzijdig wat betreft hun compatibiliteit. Ze kunnen elk materiaal, ongeacht de dikte, moeiteloos snijden en bewerken. Sommige materialen laten zich echter gemakkelijker snijden dan andere. Er is echter geen enkel materiaal dat niet met moderne lasersnijmachines kan worden gesneden.
Onthoud dat alle metalen met lasersnijmachines kunnen worden gesneden. De dikte van het materiaal is echter van invloed op de werking van de lasermachines. Zo is voor dikker materiaal een laserstraal met een hogere energie nodig, en omgekeerd. Het is interessant om te weten dat moderne machines zijn uitgerust met instelmogelijkheden. Operators kunnen de intensiteit van de laserstralen eenvoudig aanpassen.
Fabrikanten kunnen metaal en niet-metaal van elke dikte snijden. Sommige reflecterende materialen vormen echter een uitdaging voor lasersnijmachines. Ze weerkaatsen de laserstraal (het licht), waardoor een deel van de energie van de laserstraal verloren gaat. Met de juiste techniek en het juiste type laser kunnen dergelijke materialen echter ook worden gesneden.
Snel hoogtepunt: Sommige materialen geven dampen af wanneer ze met een laser worden gesneden. Voorbeelden hiervan zijn onder meer pvc en chloorhoudende kunststoffen. Deze dampen kunnen giftig zijn voor de mens. Daarom raad ik aan om beschermende uitrusting te dragen, zoals handschoenen en mondkapjes. Het inademen van dergelijke dampen kan allergieën en andere gezondheidsproblemen veroorzaken.
Conclusie
Het lasersnijproces is complex en kan verwarrend zijn. Om het te begrijpen, is basiskennis van de onderdelen van de machine nodig. In dit artikel heb ik zowel de onderdelen als de werking van deze machines uitgelegd. Zelfs als je een beginner bent, zal het niet langer moeilijk zijn om te begrijpen hoe lasermachines werken.
Houd er rekening mee dat er een verschil is tussen oude en moderne lasersnijmachines. Die verschillen zitten echter in de extra functies. De drie belangrijkste werkingsprincipes van beide machines zijn vrijwel gelijk. De oude machines zonder CNC-besturing zijn goedkoper, maar vergen meer handmatig werk. Daar staat tegenover dat moderne lasersnijmachines een uitzonderlijke precisie bieden.