Laser kesim makinaları, kullanılan
Laser teknolojisi ile belirli malzemelerde, 2 veya 3 boyutta, sınırsız geometrilerde kesim olanağı sağlayan, yüksek hassasiyetli, düşük ısı kayıplı makinalardır. Laser kesim makinası 3 ana kısımdan oluşmaktadır.
Laser ışınının üretildiği rezonatör, makina gövdesi ve hareketli eksenler, ışının kesim kafasına kadar iletildiği optik sistem.
1. REZONATÖR (IŞIN KAYNAĞI)
LASER, ‘Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation’ (uyarılmış ışık yayımı ile ışının kuvvetlendirilmesi) tanımının baş harflerinden oluşmaktadır. İlk etapta tek renkli, oldukça düz, yoğun ve aynı fazlı paralel dalgalar halinde genliği yüksek, güçlü bir ışık demeti olarak tanımlanır.
Metal kesiminde kullanılan laser çeşitleri içinde en yaygın olan karbondioksit laseridir. Bu laserin çalışma prensibi He-Ne laserinkine oldukça benzemektedir. Burada karbondioksit molekülleri laser ışınının oluşmasını sağlarken nitrojen de karbondioksitin tersine birikmesini sağlamaktadır. Yani helyum atomlarının görevi karbondioksit atomlarının göreviyle, neon atomlarının görevi de nitrojen atomlarının göreviyle eşleşmektedir. Bu tip laserlerde 10 kW değerinde enerjiler sürekli olarak sağlanabilmektedir. Buna rağmen çok kısa şoklarda bile bu değerin kat kat üstünde değerlerle enerji üretilebilmektedir.
Bu tip laserlerin en büyük tehlikelerinden biri görünmez oluşudur, ışınlarının elektromanyetik spektrumunun kızılötesi bölgesinde yer aldığından dolayı bunlar ısı ışınları diye de adlandırılırlar.
Endüstriyel laserlerin birçoğunda, laser ışınının oluşabilmesi için özel gazların kullanılması gereklidir. Gazın kalitesi ve seçimi, laserin güvenilirliğini ve işlemin verimliliğini doğrudan etkilemektedir. Laser gazları genellikle, yüksek saflıkta özel gazlardır. Laser gazları, makinaya ayrı ayrı tüplerde ya da önceden belli oranlarda karıştırılmış olarak verilmektedir. Bu ön karıştırma ya da gazların ayrı tüplerde verilmesindeki işlem parametreleri (gaz debisi, basınç saflığı vb.) her laser makinası üreticisi tarafından belirlenir ve o şartlarda makinaya verilmektedir.
Karbondioksit laserini oluşturan gazlar; karbondioksit, azot ve helyumdur. Bazı laser gazları 4 ya da 5 bileşen içerebilir (Ortama; CO2, N2 ve helyumun dışında CO, H2 ve Ne eklenebilir)
Laser kesim tezgahlarında 3 tip laser ışın kaynağı kullanılmaktadır. Teknoloji gelişim sırasına göre:
1. Standart CO2 Laser
2. Slab Laser
3. Fiber Laser
Bu laser ışın kaynaklarının ilk üretilen tipi olan standart
CO2 laserler, dışarıdan sürekli gaz beslemesine ihtiyaç duyarlar. Gaz tüketimi Slab laser ve Fiber lasere göre yüksektir. Laser ışını, slab ve fiber laserlere oranla daha fazla yayılım gösterir. Bu tip rezonatöre sahip laser kesim makinalarında ışın yolu uzun ise ışın saçılımını dengelemek için, ek olarak odaklayıcı ve doğrultucu elemanlar kullanılmaktadır Bu elemanlar, ek maliyet, periyodik bakım-değişim ve servis maliyeti gerektirmektedir
Standart ve Slab laser kullanılan kesim makinalarında ışın kesme kafasına ayna sistemiyle taşınır. Aynalar üzerinde her bir aynada ışının bir miktarı ısı enerjisine dönüşür. Oluşan ısı aynaların içinde bulunan su kanallarından, su akışı sağlanarak soğutulur.
Fiber laserlerin avantajları, gaz tüketiminin olmaması ve üretilen laser ışınının kesme kafasına aynaya gerek kalmadan fiber optik kablo ile taşınmasıdır. Fiber optik kablolarda güç kaybı olmamakta dolayısıyla ilave olarak soğutma sistemine gerek kalmamaktadır. Enerji verimlilikleri çok daha yüksektir (örn. Ortalama olarak 1 kW laser enerjisi için
CO2 laserleri 10 kW elektrik enerjisi tüketirken fiber laser 3-4 kW elektrik enerjisi tüketir.) Ancak fiber laserlerin üretim maliyetlerinin şimdilik yüksek olması dezavantaj teşkil etmektedir. Bir diğer dezavantaj ise malzeme kalınlığı artıkça kesim kalitesinin ve hızının düşmesidir. Ayrıca fiber laserlerde 40 kW enerjilere çıkılabilmektedir ve fiber laserlerin standart dalga boyu CO2 laserlere göre 10 kat daha düşüktür.
2. MAKİNA GÖVDESİ VE HAREKETLİ EKSENLER
Kesintisiz sürekli kesim kalitesi, pürüzsüzlük ve hassasiyetin korunması için makina gövdesinin, eksen hareketlerinden ve dış ortamdan gelen harici titreşimlerden etkilenmemesi gerekir.
3. OPTİK SİSTEM
Işının laser ışın kaynağından başlayıp kesim kafasından çıkana kadar izlediği yoldur. Kullanılan rezonatör tipine göre düz aynalar, odaklayıcı ve doğrultucu aynalar, ışın yolu ve lensten oluşur. Bakım ve kalitesine göre hemen hepsinin belli ömürleri vardır ki kesim maliyetlerine ciddi etkendir.
Fiber laserlerde optik sistem; fiber kablo, kolimatör mercek ve kesim kafasından oluşur, ayna maliyeti yoktur.
Laserle yapılan üretim hem otomasyonu sağlamakta hem de üretim hatasını azaltmaktadır. Laserin çeşitli tezgahlarda uygulanmasıyla üretim 24 saat yapılabilmekte, seri üretim sağlanmasıyla da üretim maliyetleri azalmaktadır. Özellikle laserle yapılan kesme işlemleriyle birçok kalıp ve aparattan tasarruf edilir.
Çelik, nikel alaşımları, titanyum, krom, paslanmaz çelik, alüminyum ve alaşımları vb. malzemelerin kesme işlemleri yapılabilmektedir.
Laser kesmenin avantajlarından bazıları; kesme kalıp ve aparatı gerektirmemesi ve iş parçası kesme yüzeyinin pürüzsüzlüğü olarak sayılabilir. Küçük bir nokta şeklinde yüksek yoğunluklu laser ışını oluşmaktadır ve ısınma bu yoğun enerjiye rağmen çok az gerçekleşmektedir.
LASER KESİM MAKİNASI SEÇİLİRKEN ÖNEMLİ KRİTERLER
1. Yapılacak işe göre uygun gücün belirlenmesi: Rezonatörün ve soğutucu sistemin elektrik tüketiminden tasarruf sağlar dolayısı ile kesim maliyetleri ve rekabet edebilirlik adına çok etkin bir süreçtir.
2. Ayna sayısının az olması, odaklayıcı ve doğrultucu ayna olmaması, ışın yolunun mümkün olduğunca kısa olması: Ayna sayısının az olması sarf malzeme maliyetini azaltır ortalama ayna ömrünün 8000 çalışma saati olduğu düşünülürse 8000 saat sonra 7 ayna değiştirmenin maliyeti 2-3 aynalı optik sistemlere göre daha maliyetlidir.
3. Vibrasyondan etkilenmeyen gövde:
Laser kesim tezgahları yüksek ivme ile çalışan tezgahlar olmasından dolayı gövdedeki titreşim ve esnemeler iş parçasında hatalara yol açabilir.
4. Kullanılan donanım sayısının az olması: Laser kesim tezgâhları yüksek yatırım maliyeti olması ve süreli – terminli çalışmasından dolayı, makinanın üretim dışı kalacağı sürelerin azaltılması adına az sayıda donanım kullanılması arıza durumundaki riskleri azaltır.
5. Kolay kullanım: Operatörün daha verimli ve hızlı çalışmasını sağlar.
6. Kesilecek parçaların bilgisayar ortamında ya da makina üzerinde çizilmesini sağlayan CAD / CAM yazılımının makinanın tüm fonksiyonlarıyla birebir örtüşmesi
7. Servis ağı ve yedek parçaların temininin kolay ve ekonomik olması
LASER KESİMİN AVANTAJLARIMaliyet
Laser kesim teknolojisi ile yüksek işleme hızına ulaşılmakta ve birim maliyet düşerken kalitesinin artması.
Parça imalatında kalıp maliyeti yoktur.
Aynı plaka sac üzerinden birbirinden farklı parçalar işlenebilir.
Fire oranı minimum seviyeye indirilir.
İşlenecek parçaların uygun olması durumunda ortak yüzeyler beraber kesilerek maliyet azaltılabilir.
Kalite
Çapaksız bir kesim sağlanır ve ısı deformasyonu minimum seviyedir. Ek işlem gereksinimi yoktur
Sac deformasyonları yoktur
Sac kalınlığının yarısı çapındaki delikler işlenebilir
Her türlü yazı, resim, amblem sac üzerinden kesilebilir ve markalanabilir..
0,05 mm hassasiyet ile parçalar kesilebilir.
Zaman
Kesim işlemi kalite bakımından diğer makinalara göre çok daha kısa zamanda yapılır.
