Laserové řezání se používá k řezání mnoha materiálů, počínaje nerezovou ocelí až po hliníkové plechy.  Technologie řezání laserem se dnes stále více zdokonaluje. Díky častým vylepšením se zlepšuje kvalita a hospodárnost řezání. Řezání laserem je efektivní způsob výroby složitých dílců. Obyčejně takové dílce potřebují celou řadu postupných operací jako je vrtání, řezání na pile, odstraňování otřepů a frézování. Laserové dělení umožňuje kompletní zpracování součástí v jedné operaci. Následné operace jsou tak odstraněny, čímž se šetří čas potřebný na výrobu součásti.

JAK LASER FUNGUJE?

Při řezání laserem se používá zdroj energie generující elektromagnetické záření s velmi velkou hustotou energie. Základní princip laserového řezání spočívá v tom, že zaostřený svazek fotonů při dopadu nahřeje materiál v místě dopadu na teplotu varu a nataví materiál v bezprostřední blízkosti. Dopadající laserový paprsek způsobuje prudký nárůst teploty na povrchu materiálu. Stručně řečeno, laser je soustředění paprsek ,který soustředí hodně energie na velmi malou plochu. Jakmile dojde k střetnutí paprsku s kovem, materiál před laserem se spálí, roztaví nebo se vypaří a vytvoří díru. Energii dopadajícího paprsku lze rozdělit na absorbováno a odráženou. Obecně platí, že čím je lepší elektrická vodivost materiálu, tím je nižší jeho schopnost absorpce energie. To vyplývá z faktu, že laserový paprsek je elektromagnetické vlnění, které reaguje s atomy řezaného materiálu, čímž vzniká elektrický proud, který je následně v důsledku omezené tepelné vodivosti materiálu přeměněn na teplo.

K řeznému procesu patří také pracovní plyn (nazývá se také jako procesní plyn) ,který vyfoukne taveninu ze spáry aby bylo dosaženo čistého řezu. Používá se vzduch, dusík nebo kyslík. 

VÝHODY ŘEZÁNÍ LASEREM

• čisté řezy,
• malá šířka řezu,
• možnost řezání složitých tvarů,
• malá velikost tepelně ovlivnění oblasti, 
• žádné opotřebení nástroje, 
• hospodárnost při malých výrobních sériiích. 

TYPY LASEROVÉHO ŘEZÁNÍ

Podle daného typu nastavení výkonu laseru a plynu se laserové dělění rozděluje na  

• oxidační,
• tavené,
• sublimační.

Oxidační řezání je určeno pro materiály pro, které je charakteristická vysoká tepelná vodivost. Mezi tyto materiály patří především černá ocel a měď. Jako procesní plyn slouží kyslík, který podporuje hoření a tedy lokální zvýšení teploty v oblasti řezu. Výhoda oxidačního řezáni oproti tavnému řezání se projevuje při větších tloušťkách materiálu, kdy je možné zmenšovat výkon a tlak plynu, poněvadž je vytvořena větší tepelná plocha řezu, ze které již plyn nemá prostor unikat do okolí. Díky tomuhle podstatně uspoříme procesní plyny.

Při tavném řezání jako procesní plyn se používá například dusík či vzduch. Mezi materiály řezané tímto způsobem patří mosaz, nerezové oceli, pozink, hliník a další. Hliník je v tomto případě výjimkou, jelikož se vyznačuje vysokou tepelnou vodivostí. Avšak z důvodu vysoké reaktivity hliníkových částic s kyslíkem nelze využít oxidační způsob řezání. Procesní plyn efektivně odstraní natavený materiál.  Tento způsob řezání se může využít i pro řezání různých plastů (například ABS do tloušťky příbližně 2mm) nebo pro řezání černé oceli do tloušťky přibližně 1,5 – 3mm. 

Sublimační řezání využívá pulzový laserový paprsek, který má vysokou energetickou teplotu. Pulzový paprsek tak ohřívá materiál na teplotu varu a tím dochází k intenzivnímu vypařování materiálu, čímž lze vytvářet velmi přesné a a jakostní řezy. Při sublimačním řezání se využívá též pracovní plyny. Kovové páry vzniknuté odpařováním materiálu jsou odstraněné slabým proudem pracovního proudu v době mezi jednotlivými pulzy. Aby páry znovu nekondenzovali o nezastavily řez musí být hrubost řezaného materiálu rovna nebo menší průměru paprsku. Pracovní plyny využívané Při sublimačním řezání jsou argón nebo dusík, které zabraňují oxidaci řezného materiálu. Tento princip se u kovů hlavně využívá při řezání tenkých fólii a plechů. Dále se používá k nařezání a vrtání minerálů. Výhoda tohoto procesu je ,že materiál se netaví ale přímo vypařuje, čím je dosažena rovná a hladká řezná hrana. To ale taky znamená o mnoho vyšší energetickou náročnost řezného procesu.

PARAMETRY LASEROVÉHO ŘEZÁNÍ

Kvalita řezu při řezání laserů závisí na mnoha parametrech.

• vlnová délka,
• velikost ohniska,
• odstup trysky,
• typ proudění,
• typ procesního plynu – Dbát na typ a čistotu plynu. Nedostatečná kvalita dusíku snižuje kvalitu řezu nedostatečná kvalita kyslíku snižuje rychlost řezání.
• rychlosti proudění,
• tlak plynu – výkyvy tlaku procesního plynu na povrch obrobku mohou zhoršit výsledky řezu. Při řezání kyslíkem musí tlak kyslíku s rostoucí tloušťkou plechu klesat a tlak může být dokonce nižší než 1 bar. Příliš vysoký tlak způsobuje žlábky. Při řezání dusíkem naopak tlak musí stoupat s rostoucí tloušťkou materiálu. Příliš nízký tlak má za následek nekvalitní řez a otřepy.
• rychlost řezací hlavy – Rychlost řezání je daná dle typu laseru a tloušťky řezaného materiálu.
• výkon laseru, 
• frekvence pulsů.

SYSTÉMY LASEROVÉHO ŘEZÁNÍ

2D plotterové 

Tento systém řezání se hlavně používá pro výrobu plochých součástí z tabulí plechu. Stroje, které se využívají mají zpravidla tzv. létající optiku, kdy se řezná hlava pohybuje v rovinných souřadnicích nad obrobkem.

Řezání profilů a trubek

Pro řezání profilů a trubek se obvykle používají stroje s dvěma až pěti řízenými osami, které umožňují vyřezávat kontury do různých profilů a trubek. U těchto strojů se vždy pohybuje obrobek a případně i řezná hlava.

3D řezání 

3D řezání umožňuje řezání i tvarově velmi složitých ohýbaných tvarovaných dílů. K tomuto účelu se používají buď pětiosé obráběcí stroje, nebo průmyslové roboty. Pokud se použije robot tak se obvykle přivádí laserový paprsek optickým vláknem ze zdroje záření až k pracovní hlavě umístěné na rameni robota.Využití CO2 laserů, jejichž záření nelze vést optickým vláknem, lze řešit použitím kompaktního difuzně chlazeného laseru umístěného na rameni robota. Jeho záření je pak vedeno soustavou zrcátek přímo do řezací hlavy. 

Remote cutting

Systém remote cutting lze volně přeložit jako vzdálené řezání. U tohoto systému je statická skenovací hlava umístěna vysoko nad obrobkem, a speciální optika zde zajišťuje promítání fokusovaného bodu na konkrétní místo vzdáleného obrobku. Tento systém se používá pro sublimační řezání, a to převážně pro nekovové materiály. 

KOVOVÉ MATERIÁLY 

Co se týče hospodárnosti, tak je nejvýhodnější použití CO2 laseru. Tloušťka 7mm je ideální ne-li nejlepší pro řezání plechů. Každý typ oceli má odlišné jednotlivé řezné podmínky (nízkolegovaná, legovaná, měkká, korozivzdorná). Velkou výhodou řezání nízkolegovaných ocelí je tvorba odstranitelných oxidů kovů. Stav povrchu zde hraje také velmi důležitou roli, který ovlivňuje celý řezný proces. Existuje mnoho dalších omezujících podmínek při řezání u povrchově upravených plechů. Zde totiž dochází k poškození ochranné vrstvy, z důvodu poškození vazeb mezi materiálem a povlakem u barvených plechů. Poškození zde nastává z důvodu odvodu tepla z řezu. U konkrétních plechů, které mají tryskaný povrch, se kvalita řezu mnohonásobně zhoršuje. Rychlost řezání u korozivzdorných ocelí se narozdíl od řezání uhlíkové ocele snižuje. Zde také závisí na obsahu chromu v materiálu, který nemá neoxidovanou vrstvu, která by nám bránila v řezání.

Neželezné kovy (titan, hliník, měď, nikl)

Tyto neželezné kovy jsou pro čekání CO2 laserem mnohem obtížnější. Řezání uhlíkové oceli je výkonnější než nezelené kovy, protože jsou tyto materiály silně oxidativní, to znamená, že při řezu vznikají otřesy. Jejich povrch má potom vyšší reflektivitu a to znamená, že se zvýší tepelná vodivost těchto kovů. Řezná rychlost se poté velice hodně redukuje. V praxi se běžně používá ochranná atmosféra, tedy argot (inertní plyn). Jedna jediná výjimka co se týče výkonnosti řezání tak je titan. Je podobná jako ocel, až na to, že vytváří silnou oxidativní vrstvu. To znamená, že se musí řezat v ochranné atmosféře, zároveň musíme používat vysoký tlak plynu. Ten nám zaručuje kvalitní řez. Jako kontrola stačí porovnání barvy kovu v místě řezu.. Měla by být zbarvena do modra nebo do žluta.