PDF《如何用当今的雷射切割技术》

1/13 如何用当今的雷射切割技术 满足实际应用需求 作者:Markus Klemm R&

D 软体工程师 Spartanics 公司 2/13 表1,雷射技术对比 (Figure 1.

Laser Cutter Technology Comparison Chart) 雷射技术对比 特性 陈旧 技术 现代技术 低阶 现代技术 高阶 烧透 是否否开始/终止点有针孔 是否否一致的边缘品质 否是是适合切割不乾胶材料 否是是由封闭的雷射源获得的品质一致性 有可能 是是柔性标识能力 否是是在材料高速运行下,按套印标识连续切割 否是是切割速度优化处理 有可能 是是材料速度优化处理 否是是双扫描头设计 有可能 否 有可能 快速单扫描头 否是是系统与所有控制软体一体化 否是是操作中做自动 X/Y 修正 有可能 是是直接改变切割的雷射设置的可行性 有可能 是是切割中,调整雷射的翻转设置的可能性 否是是对於超过半个工作幅宽的图案,又不进行图案分割处 理的连续切割能力 否是是进行图案分割处理后的自动小图切割 否是是自动决定活件设置和起始切割位置 否是是活件类比软体,根は壬柚玫乃俣群蜕 否是是快速设置的高精度套准自校准镜头 否 有可能 是 错误条件下设备的智慧停车 各种活件停止的校准 否是是210 微米光点 否是* 是**

280 微米光点 否是*** 否 完全的远程诊断能力 有可能 是是可以把不同几何形状的多种图结合在一起,一次完成 活件设置 否是是从数码印刷直接做切割资料的无接缝衔接 否是是工作区达到 300+mm X 300+mm 高精度的印刷-切割 否是是满足工作区达 300+mm X 300+mm 的最高公差精度 否否是满足工作区达 200mm X 200mm 的最高公差精度 否是是所有工作参数的方便调取,包括雷射和镜头设置 否是是重复性活件的一步设置 否是是图案的拼接 有可能 是是最大材料速度下,自动图案的分割 否是是相对更低的价格 有可能 是否*200+ X200mm 工作幅面 **所有的工作幅面 *** 300+ X 300+mm 工作幅面 3/13 雷射切割,又名数位切割,既利用高功率雷射将雷射光束路径上的材料蒸发掉.雷射光 束的开和关,以及雷射光束的路径都与产品图形的裁切要求一一对应.由於被切割掉的 部分被蒸发掉了,因此,对於剔除细小碎片所需的手工或复杂的排废都可以被省略. 自80年代起首次被运用以来,有关雷射切割技术的基本概念没有改变.然而,新近的雷 射切割技术的发展,特别是那些复杂的关於雷射切割控制的软体工程,使得人们对雷射 切割的期待有了显著改善.今天由较便宜的元件组成且成本较低的雷射切割系统,其功 能已远远优於几年前设计且造价昂贵的系统.在高阶产品中,最新的雷射切割系统能以 更宽泛的材料适用性和更严格的公差控制,稳定地进行更错综复杂的切割工作. 针对这些颇富挑战性的要求,在雷射切割技术上的投资演变成一项如何找到能最好地满 足实际需求的设备的选择.但是现有市场上仍然可以看到有些雷射切割系统在品质和产 能方面的妥协,而对先进雷射切割技术来说,这些妥协是不能接受的. 另一方面,对於要求简单的一些应用,通常由低成本雷射切割系统完成,因为其功率和 功能都足以满足手边的工作.在此白皮书中,将讨论如何使得当今的雷射切割系统满足 实际应用之需,并分析雷射切割系统的各种功能如何展现在品质和产出方面. 在雷射切割和工具切割系统中选择 挑选合适的雷射切割技术的第一步,先要确定雷射切割的能力是否符合加工的需要.与 工具式切割系统相比,雷射切割有很多优点.这些优势主要得益於雷射切割没有模具. 因为没有模具,因此就不存在模具成本,而且不用花费时间来制造模具.这是为什麽将 雷射切割用於快速的打样的主要原因.雷射切割系统被称为的数位切割,是因为可以采 取任何向量数位影像,将其导入到操作软体中,并设立一个工作活件.目前一流的雷射 切割系统,采用数位影像输入,只需要几分钟的时间就能够完成活件设立. 数位切割 与雷射切割是可以互换的概念,共同代表无工具切割系统所具有的优势,尤其是与数位印刷 配套使用时.而配套使用,使得从原稿到成品的转换,只需几分钟,甚至更短既可以完成. 对於有模具的机械切割,由於其切割工具的边缘与材料间的物理接触,总会产生固有的局限 性.而雷射切割则克服了这些局限性,从而能切割很多模具切割很难或无法完成的材料.例如:雷射切割很容易切割粘性材料,因为采用机械切割时,粘性材料容易被粘连.同样,无 模具的雷射切割系统在切割薄的材料方面也具有很大优势.切割薄的材料时,沉重的模具与 脆弱的材料之间相互作用会产生物理上的限制,而雷射套准切割则没有这种限制.另外,雷 射切割可以很好的处理磨损性材料.这种情况下,机械切割的切割刀会被磨损,并需要经常 更换,因此成本往往很高.而无模具的雷射切割系统则克服了这一问题. 4/13 表2:雷射切割标签(Figure 2.Laser Cutter Machine cutting a label) 由雷射切割特性所带来的相对更便捷的加工性能,同样是可观的优势.雷射切割可以胜任打 孔,打虚线,半切,连续编号,折痕,个性化等一系列特殊加工.在切割过程中,运用高级 软体工程来精确控制雷射光束的运行,是当今雷射切割技术的一种标志.事实上,雷射切割 系统的唯一缺陷在於其雷射光束的宽度―例如,最高级的切割系统中,在200毫米*200毫米 的围内,最小的雷射光束可以小到210微米.但实际上这不仅仅是雷射切割所面临的挑 战,其他任何模具切割系统同样都很难实现小於30度转角的精确切割.另外,雷射切割省 略了机械剔除排废的步骤,而这对模具切割而言,是基本的需求. 表3,雷射切割的多种应用(Figure3:Shows the many application that can be Laser Cut) 和任何技术一样,雷射切割也存在局限性,但对於这些局限性,存著一定的误解.有人认为 雷射切割仅可以作为打样工具,无法达到产品的批量生产要求.对许多应用,与占主导地位 的平版切割机,圆压圆切割,光电套准平压机,冲压机比较起来,早期的雷射切割的确是慢 了一些.但实际上,现代雷射切割设备的使用者,都在用雷射切割来进行完成整个生产.需 要注意的一点是,目前的雷射切割系统大都使用检流计型雷射,随著镜头角度调整,雷 射扫过整个原稿件,而设置的完成只需几分钟.相对於透过XY滑块的几何构架,来移 动整个雷射光束,或移动材料从而完成切割,这种仅仅移动雷射光束的检流计机械系统 要快的多.而更先进的检流技术透过细微的软体调整,将大多数操作精确到万分之一 秒,从而将速度提高到更新的水准.雷射瓦数越高,切割时的速度越快.5年之前或更 早,200瓦或者400瓦的雷射切割很贵,而现在价格则很有竞争性.这些新雷射也可以 生成高品质的雷射光束,高速运行时确保切割品质.综合这些在速度上的提升,使今天 的雷射切割的应用远远超过打样的作用,被充分用於生产,而无任何瓶颈.(注:对很 多情况而言,有些制造商就切割的线速度的说法是毫无意义的.真正的切割速度是由原 稿的复杂程度以及软体优化影像切割的能力来决定的,如下解释.) 5/13 另一种对雷射切割的误解是雷射切割是危险的操作,因为在工作区有燃烧带来的安全风 险.尽管与我们的常识相悖,但相对模具系统来讲,雷射切割系统在很多方面是更好的 选择.在做雷射切割系统初次安装时,如工人未戴安全镜,需小心注意光束的泄露给工 作环境带来的危害.而使用模具系统时,如操作不当,则始终会存著给工人带来严重性 伤害的隐患.尽管这种情况很少发生,但却是灾难性的.在模具的损坏上开支也是很普 遍的,例如,机师把一个小螺丝忘在切割区内时,最终有可能损坏客户的模具. 通常认为,也是正确的看法,认为雷射切割不能处理所有材料.然而,这个界限随著雷 射技术的改进在不断改变.例如,雷射技术常常无法处理聚碳酸脂材料,由於在切割这 种材料时雷射会在材料上留下难看的带有深棕色的变色边缘 . 对於比较厚的聚碳材料还是会 发生.然而,对於(陈旧系统无法处理的)较薄的材料情况却不再如此. (注:不幸的是, 世面上还是能找到某些雷射切割设备,在薄的材料上也留下变色的边缘,但是不能因此否定 这项出色的技术) .许多人仍然认为PVC材与雷射切割技术不匹配,其实这个观点已经过时 了.只要在设备上添加必要的元件,确保靠近雷射光束附件的零件不受切割PVC产生的腐蚀 影响,同时,配备有毒烟气过滤装置保护操作人员的,切割PVC材料还是有可能的. 雷射切割技术的真正缺点,相对於一些机械切割可以实现的较长运行的做业来说,雷射切割 性价比比较低,这也是很多公司将雷射切割机与另一套模具切割系统同时使用的原因.如果 活件的几何图形易於模具加工,如果材料不是很薄或很黏,或者无磨损性,或者不会对模具 造成不良影响,特别是相对作业时间较长,而切割成本可以变成一个忽略的因素的情况时, 模具切割(平版冲压,圆压圆切割,光电控间隙冲压技术)常常会做的更好. 品质和软标点标准: 几年前设计的雷射切割系统很难应对复杂图案的切割,尤其是对於那些带很多尖角的图案. 今天我们还是可以找到这些技术陈旧的雷射切割设备,其在整个切割次序开启和停止过程 中,经常会出现烧穿和针孔现象. 图4:烧穿(Burn Tthroughs) . 例如:图4表明,简易型雷射切割系统很难实现尖角切割.在尖角处可以看到黑色烧穿标记, 可以看出雷射在那一点停留时间过长.这就如同汽车拐弯时需要减速,而雷射光束在此减 速,造成此点的烧穿. 6/13 图5:圆角(Round corners) . 图5所示的雷射切割却存在相反的问题,为了避免图