新一代雷射模切技術滿足實際應用

2020-11-26 OFweek維科網

        雷射模切技術的真正缺點，也是很多公司將雷射模切機與一套或幾套模具模切系統同時使用的原因，即相對於一些機械模切更勝任的長訂單加工來說，雷射模切性價比相對比較低。如果活件的幾何圖形易於模具加工，如果材料不是很薄或很黏，或者無磨損性，或者不會對模具造成不良影響，特別是相對長期運行的活件，且模切成本可以被忽略的時侯，模具模切（平版衝壓，圓壓圓模切，光電控間隙衝壓技術）常常會做得更好。
        
        質量和『柔性標點』標準
        幾年前設計的雷射模切系統很難應對複雜圖案的切割，尤其是對於那些帶很多尖角的圖案。這些技術陳舊的雷射模切機，在整個切割開啟和停止過程中，經常會出現燒穿和穿孔現象。
        例如：圖4表明簡易雷射模切很難實現尖角切割。在尖角處能看到黑色燒穿標記，可以看出雷射在那一點停留很長時間。如同汽車拐彎需要減速，而雷射束在此減速，恰恰造成該點的燒穿。

 
        圖5所示，雷射模切中出現了相反的問題，為了避免圖4中燒穿現象，提高了雷射束移動速度。然而，這個增速的控制顯然不夠好，不但沒有達到原圖所要求形成尖角，結果反而變圓，此時尖角處的雷射切割速度過快。 


        新一代的雷射模切在軟體技術上的提高，克服了從前的缺陷。『柔性標點』可以使雷射束的移動與幾何圖形更好同步，在整個切割次序中嚴密控制，避免燒穿並完成尖角的切割，效果正如圖6和圖7中所示。由於從初始點上移動雷射頭時間較長，舊系統常常在切割初始留下針孔（雷射反射鏡引導雷射束）。而先進的模切系統可以切割出更好的邊緣，切割初始不留針孔，在尖角轉彎處也無燒穿。這並不只是因為運用了更好的雷射，還在於控制雷射移動的反光鏡採用了更高級的軟體算法。對實現雷射模切軟體系統控制來說，『柔性標點』不僅是雷射模切控制軟體所取得的進步，也說明只有那些在軟體研發上有足夠投入的製造商，才能開發出可以滿足大部分應用之需求的所無缺陷的『柔性標點』技術。

 


        舉例說明模切速度如何影響質量，請見8，9，10和11圖所演示的小摺疊盒的模切過程。在圖8中，雷射輸出頻率很低，10kHz。雷射的每次脈衝，只形成一些模切的點，而不是原圖所期望的連成線。而圖9所示，雷射的移動沒有針對圖形進行優化，切割速度非常快。而切割速度過快，雷射掃描頭的鏡面移動無法與原圖幾何同步，結果則不精確。本來應該是尖角卻變圓了。如您所見，圖中便是簡易雷射模切系統的效果，軟體無法對大量的雷射頭的移動加以適當的控制，當切割速度成倍增速時，這個問題更嚴重。請見圖示10。相反當雷射模切系統能夠與切割速度匹配，雷射開啟和關閉被相應地優化，質量則有很大的改善，如圖11所示。這裡雷射模切軟體被用來實現切割的優化處理。目前高質量的雷射模切機的特徵，不僅表現為更好的切割邊緣，而且可以持續精確控制切割運行。例如，早期的雷射模切設備在材料通過系統過程中，無法補償在工作區內材料的旋轉。目前高端系統不僅採用高解析度的攝像頭，並能將攝像頭信息與軟體整合來控制模切。就是說攝像頭確定所有XY值，通過與控制軟體相互通訊，雷射做出相應調整，如果雷射模切設備沒有將攝像頭的信息整合到控制系統，那麼雷射模切將很難進行修正。目前高水準雷射模切技術的精髓是將一個組件（攝像頭）與另一個組件（掃描頭）的通訊非常緊密地整合在一起。

 
        雷射源本身的質量也有可能對切割效果造成影響，如果控制軟體採用更先進的算法，更好地實現小光束雷射的精確移動，則出色的更小的雷射束（210微米）可以完成較易碎品的切割。高質量的雷射與高質量的控制軟體相結合可避免生產過熱，因此適合於標籤的應用。因為，過熱會導致粘性材料融化而粘接到離型紙上，使其在後續的加工中很難將標籤自動從離型紙上脫離開。
       
        系統所使用雷射燈管類型——開放式或封閉式，也會影響雷射束的控制及切割的效果。儘管開放式採用無封閉雷射，質量較有優勢，但卻很少被應用。開放式雷射有幾個本質性的問題。二氧化碳是雷射燈管中常見氣體，混合著一定比例的氦，氮和氫。這些混合氣體的不同比例影響雷射功率，而這個比例取決於開放式燈管的設計，開發燈管設計需要經常更換二氧化碳氣罐。因此，幾乎無法維持一致的比例設置。因為從一個二氧化碳氣罐換成另外一個時，幾乎每種氣體的比例都是不同的。而這些比例的改變直接影響雷射功率和其切割效果。為實現相同效果的切割質量，每當更換氣罐時，操作者都會因為調整所累。儘管如此，也難免出現偏差。相反封閉的雷射燈管則不會改變氣體的比例，僅僅在運行一萬個小時後做出更換。因此，更有利於模切的控制，並獲得的持續結果。
        
        切割速度和料卷速度
        新一代的雷射模切系統之所以速度更快是多種原因的促成的。首先是高功率雷射的出現，可以承擔更快的切割速度，比如當今大多數使用者都傾向於使用200瓦的系統。其次，新一代的高級雷射系統都採用了更複雜的軟體，可以使每次切割操作精確到萬分之一秒。第三點，在材料速度更快的情況下，目前的切割系統可以優化切割次序，這也是目前高質量的雷射系統速度更快的最重要的因素。
        如今高級的雷射模切設備運用了非常精確的軟體算法，對材料速度進行優化，同時提供了難以置信工作能力，可以完成長度超過工作區一半的活件。過時的雷射模切系統只能優化切割速度，而非材料速度，因此，圖像的尺寸只能限於工作區的一半之內。優化材料速度的算法還會將兩個圖像合併時所帶來的過度切割及質量上的問題減少90%。這一切在新一代高級的雷射模切設備上是自動處理的，而在過時的機型上需要操作者手工完成切割次序再設置，以避免在原稿上出現過量（重複）切割。（作者：Spartanics） 
       

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