Laser bidezko ebaketaren oinarriak eta haren prozesatzeko sistema —Laser bidezko ebaketa ekipoak
II. Laser bidezko ebaketa-ekipoen osaera
2.1 Laser bidezko ebaketa-makinaren osagaiak eta funtzionamendu-printzipioa
Laser bidezko ebaketa-makina batek laser igorle bat, ebaketa-buru bat, izpi-transmisioaren multzoa, makina-erremintaren lan-mahaia, kontrol numerikoko (NC) sistema, ordenagailua (hardwarea eta softwarea), hozkailu bat, babes-gasaren zilindro bat, hauts-biltzailea eta aire-lehorgailua ditu.
-
Laser sorgailua
Laser sorgailua laser argi iturriak sortzen dituen gailu bat da. Laser bidezko ebaketa aplikazioetarako, makina gehienek CO₂ gas laserrak erabiltzen dituzte, elektro-optiko bihurketa eraginkortasun handia eta potentzia irteera handia dutenak, YAG egoera solidoko laserrak erabiltzen diren kasu gutxi batzuk izan ezik. Ez dira laser guztiak ebaketa egiteko egokiak, laser bidezko ebaketak habe kalitateari buruzko baldintza zorrotzak ezartzen baititu.
-
Ebaketa-burua
Batez ere, tobera, fokatze-lentea eta fokatze-jarraipen-sistema bezalako osagaiak ditu.
Ebaketa-buruaren mugimendu-gailua ebaketa-burua Z ardatzean zehar mugitzeko erabiltzen da, aurrez ezarritako programen arabera. Serbomotor batez eta transmisio-pieza batez osatuta dago, hala nola torloju edo engranajeak.
(1) Tobera: Hiru tobera mota nagusi daude: paralelo motakoa, konbergente motakoa eta kono motakoa.
(2) Fokatze-lentea: Laser izpien energia erabiliz ebaketa egiteko, laserrak igorritako jatorrizko izpia lente baten bidez fokatu behar da energia-dentsitate handiko argi-puntu bat osatzeko. Foku-distantzia ertaineko eta luzeko lenteak egokiak dira xafla lodiak ebakitzeko eta jarraipen-sistemaren tarte-egonkortasunari dagokionez eskakizun txikiagoak dituzte. Foku-distantzia laburreko lenteak 3 mm-tik beherako xafla meheak ebakitzeko bakarrik dira egokiak; jarraipen-sistemaren tarte-egonkortasunari dagokionez eskakizun zorrotzak dituzte, baina beharrezko laser irteera-potentzia nabarmen murriztu dezakete.
(3) Jarraipen Sistema: Laser bidezko ebaketa-makina baten foku-jarraipen sistemak, oro har, foku-ebaketa-buru bat eta jarraipen-sentsore sistema bat ditu. Ebaketa-buruak izpiaren gidatze eta fokuatze, ur-hozte, gas-puzte eta doikuntza mekanikoaren funtzioak integratzen ditu.
Sentsorea sentsore-elementuz eta anplifikazio-kontrol-unitate batez osatuta dago. Jarraipen-sistemak erabat aldatzen dira sentsore-elementu motaren arabera. Bi mota nagusi daude eskuragarri: bata sentsore kapazitiboen jarraipen-sistema da, kontakturik gabeko jarraipen-sistema bezala ere ezagutzen dena; bestea sentsore induktiboen jarraipen-sistema da, kontaktu-jarraipen-sistema bezala ere ezagutzen dena.
-
Habeen transmisio-muntaketa
Kanpoko Bide Optikoa: Ispilu islatzaileak erabiltzen dira laser izpia nahi den norabidean gidatzeko. Izpiaren ibilbidean matxurak saihesteko, ispilu islatzaile guztiak babes-panelez babesten dira, eta presio positiboko babes-gas garbia sartzen da ispiluak kutsaduratik libre mantentzeko. Errendimendu handiko lente batek izpi ez-dibergente bat puntu infinituki txiki batean fokatu dezake. 5,0 hazbeteko foku-distantzia duen lente bat erabili ohi da, eta 7,5 hazbeteko lentea 12 mm baino lodiagoak diren materialak mozteko bakarrik da egokia.
-
Makina-erremintaren lan-mahaia
Makina Nagusiaren Gorputza: Makina-erremintaren atalalaser bidezko ebaketa makinaX, Y eta Z ardatzen mugimendua gauzatzen duen zati mekanikoa da, ebaketa-laneko plataforma barne.
-
Zenbakizko Kontrol Sistema
NC sistemak makina-erreminta kontrolatzen du X, Y eta Z ardatzen mugimenduak lortzeko eta, aldi berean, laserraren irteera-potentzia erregulatzen du.
-
Hozte-sistema
Hozte-unitatea: Laser-sorgailua hozteko erabiltzen da. Laserra energia elektrikoa argi-energia bihurtzen duen gailua da. Adibidez, CO₂ gas-laser baten bihurketa-eraginkortasuna % 20koa da normalean, eta gainerako energia bero bihurtzen da. Hozteko urak gehiegizko beroa kentzen du laser-sorgailuaren funtzionamendu normala mantentzeko. Hozte-unitateak makina-erremintaren kanpoko bide optikoaren ispiluak eta fokatze-lenteak ere hozten ditu, izpien transmisio-kalitate egonkorra bermatuz eta lenteen deformazioa edo gehiegi berotzeagatik pitzadurak eraginkortasunez saihestuz.
-
Gas zilindroak
Gas zilindroek lan-euskarri zilindroak eta laser bidezko ebaketa-makinaren gas lagungarriak barne hartzen dituzte, laser oszilaziorako gas industrialak osatzeko eta ebaketa-buruarentzako gas lagungarriak hornitzeko erabiltzen direnak.
-
Hautsa kentzeko sistema
Prozesamenduan sortutako kea eta hautsa erauzten ditu eta iragazketa-tratamendua egiten du ihes-gasen isuriek ingurumen-babeserako estandarrak betetzen dituztela ziurtatzeko.
-
Aire-hozte lehorgailua eta iragazkia
Aire garbi eta lehorra hornitzen die laser sorgailuari eta izpi-ibilbideari, izpi-ibilbidearen eta ispilu islatzaileen funtzionamendu normala mantenduz.
2.2 Laser bidezko ebaketa-zuzi
Laser bidezko ebaketa-zuzi baten egitura-diagrama behean erakusten da. Batez ere, zuziaren gorputzak, fokatze-lenteak, ispilu islatzaileak eta gas-tobera laguntzaileak osatzen dute. Laser bidezko ebaketa-prozesuan, ebaketa-zuziak baldintza hauek bete behar ditu:
① Zuziak gas-fluxu nahikoa kanporatu dezake.
② Zuziaren barruko gasaren kanporatze-norabidea ispilu islatzailearen ardatz optikoarekiko koaxiala izan behar da.
③ Linternaren foku-distantzia erraz doi daiteke.
④ Ebaketa bitartean, ebakitako metalaren lurrun metalikoak eta zipriztinek ez dute ispilu islatzailea kaltetu behar.
Ebaketa-zuziaren mugimendua NC mugimendu-sistema batek doitzen du. Hiru eszenatoki daude ebaketa-zuziaren eta lan-piezen arteko mugimendu erlatiboari dagokionez:
① Zuzi geldirik geratzen da pieza lan-mahaian zehar mugitzen den bitartean — batez ere tamaina txikiko piezetarako egokia.
② Pieza geldirik geratzen da zuzi mugitzen den bitartean.
③ Zuzi-mahaia eta lan-mahaia aldi berean mugitzen dira.
2.2.1 Ebaketa-burua
Laser ebaketa-burua izpien transmisio-sistemaren amaieran dago, fokatze-lente batez eta ebaketa-tobera batez osatua.
Fokatze-lenteak batez ere foku-distantziaren arabera sailkatzen dira. Laser bidezko ebaketa-ekipo gehienak hainbat ebaketa-buruz hornituta daude, foku-distantzia desberdinekin. CO₂ laser bidezko ebaketa adibide gisa hartuta, ohiko foku-distantziak 127 mm (5 hazbete) eta 190 mm (7,5 hazbete) dira. Foku-distantzia laburreko lente batek foku-puntu txiki bat eta foku-sakonera laburra sortzen ditu, eta horrek ebakiduraren zabalera murrizten eta ebaketa finagoak lortzen laguntzen du. Foku-distantzia luzeko lente batek foku-puntu handiagoa eta foku-sakonera luzeagoa ematen ditu. Foku-distantzia laburreko lenteekin alderatuta, foku-distantzia luzeko lenteek foku-puntutik gertu materiala prozesatzeko nahikoa den laser energia-dentsitate duen izpi fokatu bat eman dezakete. Beraz, foku-distantzia laburreko lenteak gehienbat plaka meheak zehaztasunez ebakitzeko erabiltzen dira, eta foku-distantzia luzeko lenteak material lodiagoetarako behar dira foku-sakonera egokia lortzeko, puntuaren diametroaren aldakuntza minimoa eta ebaketa-lodiera-tartearen barruan potentzia-dentsitate nahikoa bermatuz.
Fokatze-lenteak erabiltzen dira ebaketa-zuzira sartzen den laser izpi paraleloa fokatzeko, puntu-tamaina txikiagoa eta potentzia-dentsitate handiagoa lortuz. Lenteak laser-uhin-luzera transmititu dezaketen materialez eginda daude. Kristal optikoa erabili ohi da egoera solidoko laserretarako, eta ZnSe, GaAs eta Ge bezalako materialak erabiltzen dira CO₂ gas-laserretarako (beira arrunta ez baita gardena CO₂ laser izpientzat), eta horien artean ZnSe da erabiliena.
Laser bidezko ebaketa egiteko, foku-puntuaren diametroa minimizatzea komenigarria da potentzia-dentsitatea handitzeko eta abiadura handiko ebaketa ahalbidetzeko. Hala ere, lentearen foku-distantzia laburrago batek foku-sakonera txikiagoa dakar, eta horrek zaildu egiten du ebaketa-gainazal perpendikularra lortzea plaka lodiak ebakitzean. Gainera, foku-distantzia laburrago batek lentearen eta piezaren arteko distantzia murrizten du, eta horrek areagotu egiten du lentea urtutako zipriztinekin kutsatzeko arriskua ebakitzean eta funtzionamendu normalean eragina izateko. Beraz, foku-distantzia egokia zehaztu behar da sakonki, ebaketa-lodiera eta ebaketa-kalitatearen eskakizunak bezalako faktoreen arabera.
2.2.2 Ispilu islatzailea
Ispilu islatzailearen funtzioa laserrak igortzen duen izpiaren norabidea aldatzea da. Egoera solidoko laserretatik datozen izpietarako, beira optikozko ispilu islatzaileak erabil daitezke. Aitzitik, CO₂ gas laser bidezko ebaketa-gailuetako ispilu islatzaileak normalean kobrezkoak edo islakortasun handiko metalezkoak dira. Funtzionamenduan zehar laser erradiazioak gehiegi berotzeak eragindako kalteak saihesteko, ispilu islatzaileak normalean urarekin hozten dira.
2.2.3 Tobera
Tobera ebaketa-eremuan gas laguntzailea ihinztatzeko erabiltzen da, eta bere egiturak eragin handia du ebaketa-eraginkortasunean eta kalitatean. 4.11 irudiak laser bidezko ebaketarako tobera-forma ohikoenak erakusten ditu; tobera-zuloen formen artean daude zilindrikoak, konikoak eta konbergente-dibergenteak.
Tobera aukeratzea, oro har, piezaren materialaren eta lodieran oinarritutako proben bidez zehazten da, eta gas laguntzailearen presioa ere bai. Laser bidezko ebaketan, normalean, tobera koaxialak erabiltzen dira (non gas-fluxua ardatz optikoarekiko koaxiala den). Gas-fluxua eta laser izpia ez badira koaxialak, zipriztin gehiegi gerta daitezke ebaketa bitartean. Tobera-zuloaren barne-horma leuna izan behar da, gas-fluxu oztoporik gabea bermatzeko eta ebakidura-kalitatean eragina izan dezaketen turbulentzia saihesteko. Ebaketaren egonkortasuna bermatzeko, tobera-muturraren aurpegiaren eta piezaren gainazalaren arteko distantzia minimizatu behar da, normalean 0,5 mm-tik 2,0 mm-ra bitartekoa. Tobera-zuloaren diametroak laser izpia leunki igarotzea ahalbidetu behar du, izpiak zuloaren barne-horma ukitzea eragotziz. Zenbat eta txikiagoa izan zuloaren diametroa, orduan eta zailagoa da izpia kolimatzea. Gas laguntzailearen presio jakin baterako, tobera-zuloen diametroen tarte optimo bat dago. Zulo txikiegi edo handiegi batek ebakiduratik produktu urtuak kentzea oztopatu eta ebaketa-abiaduran eragina izango du.
Laser potentzia finko eta gas laguntzaileen presiopean tobera-zuloaren diametroak ebaketa-abiaduran duen eragina 4.12 eta 4.13 irudietan ageri da. Ikus daiteke ebaketa-abiadura maximoa lortzen duen tobera-zuloaren diametro optimo bat dagoela. Balio optimo hau gutxi gorabehera 1,5 mm-koa da, gas laguntzaile gisa oxigenoa edo argona erabiltzen den kontuan hartu gabe.
Aleazio gogorren (ebaketa zailak direnak) laser bidezko ebaketako probek erakusten dute tobera-zuloaren diametro optimoa goiko emaitzetatik oso gertu dagoela, 4.14 irudian erakusten den bezala. Tobera-zuloaren diametroak ebakidura-zabaleran eta beroak eragindako eremuaren (HAZ) zabaleran ere eragiten du. 4.15 irudian erakusten den bezala, tobera-zuloaren diametroa handitzen den heinean, ebakidura-zabalera handitzen da HAZaren zabalera estutzen den bitartean. HAZaren estutzearen arrazoi nagusia ebakidura-eremuko oinarrizko materialaren gainean gas laguntzailearen fluxuaren hozte-efektu hobetua da.
2.3 Laser bidezko ebaketa-ekipoen parametroak
2.3.1 Zuzi bidezko ebaketa-ekipoa
Zuzi bidezko ebaketa-ekipoetan, ebaketa-zuzia zuzi mugikor baten gainean muntatzen da eta horizontalki mugitzen da zuzi-habearen (Y ardatza) zehar. Zuzi-habeak zuzia X ardatzean zehar mugitzen du, pieza lan-mahaian finkatuta dagoen bitartean. Laserra eta ebaketa-zuzia bereizita daudenez, laserren transmisio-ezaugarriak, izpiaren eskaneatze-norabideko paralelismoa eta ispilu islatzaileen egonkortasuna eragiten dute ebaketa-prozesuan.
Zuzi bidezko ebaketa-ekipoek tamaina handiko piezak prozesatu ditzakete. Ebaketa-ekoizpen eremurako azalera nahiko txikia hartzen dute eta erraz integra daiteke beste ekipamendu batzuekin ekoizpen-lerro bat osatzeko. Hala ere, bere kokapen-zehaztasuna ±0,04 mm-koa baino ez da.
Zuzi bidezko ebaketa-ekipoen egitura tipikoa 4.19 irudian ageri da. CO₂ laser bidezko ebaketa-makina jarraitua erabiltzen da, laserretik ebaketa-zuzirainoko distantzia 18 m-koa izanik. Transmisio-distantzia horretan zehar habe-diametroaren aldaketak ebaketa-eragiketetan eraginik ez izateko, osziladore-ispiluen konbinazioa arretaz diseinatu behar da.
Zuzi bidezko ebaketa-ekipoen parametro tekniko nagusiak hauek dira:
- Laser irteerako potentzia: 1,5 kW (modu bakarrekoa), 3 kW (modu anitzekoa)
- Zuziaren ibilbidea: X ardatza 6,2 m, Y ardatza 2,6 m
- Gidatzeko abiadura: 0–10 m/min (erregulagarria)
- Zuziaren Z ardatzeko ibilbide mugikorra: 150 mm
- Z ardatzaren doikuntza-abiadura: 300 mm/min
- Prozesatutako altzairuzko xaflaren gehienezko tamaina: 12 mm × 2400 mm × 6000 mm
- Kontrol Sistema: NC Kontrol Modu Integratua
2.3.2 XY mahai bidezko ebaketa-ekipoa
XY mahai bidezko ebaketa-ekipoan, ebaketa-zuzia markoan finkatzen da, eta pieza ebaketa-mahaiaren gainean jartzen da. Ebaketa-mahaia X eta Y ardatzetan zehar mugitzen da NC komandoen arabera, 0-1 m/min edo 0-5 m/min arteko abiadura erregulagarriarekin. Ebaketa-zuzia piezarekiko geldirik dagoenez, laser izpiaren lerrokaduran eta zentratzean duen eragina minimizatzen du ebaketa-prozesuan zehar, ebaketa-errendimendu uniformea eta egonkorra bermatuz. Zehaztasun mekaniko handiko ebaketa-mahai txiki batekin hornituta dagoenean, makinak ±0,01 mm-ko kokapen-zehaztasuna lortzen du etaebaketa zehaztasun bikaina, eta horrek bereziki egokia egiten du osagai txikien ebaketa zehatzerako. Horrez gain, ebaketa-mahai handiagoak daude eskuragarri tamaina handiko piezak prozesatzeko, 2300-2400 mm-ko X ardatzeko ibilbidearekin eta 1200-1300 mm-ko Y ardatzeko ibilbidearekin.
XY mahai bidezko ebaketa-ekipoen parametro tekniko nagusiak hauek dira:
- Laser iturria: CO₂ gas laserra (hodi zuzen erdi-itxi motakoa)
- Laser elikatze-iturria: Sarrerako tentsioa 200 VAC; Irteerako tentsioa 0–30 kV; Gehienezko irteerako korrontea 100 mA
- Laser irteerako potentzia: 550 W
- Ebaketa-mahaiaren ibilbidea: X ardatza 2300 mm, Y ardatza 1300 mm
- Ebaketa-mahaiaren abiadura (mailaka doigarria): 0,4–5,0 m/min, 0,2–2,5 m/min, 0,1–1,3 m/min, 0,05–0,6 m/min
- Zuziaren Z ardatzeko ibilbide mugikorra: 180 mm
- Prozesatutako plakaren gehienezko tamaina: 6 mm × 1300 mm × 2300 mm
- Kontrol Sistema: Kontrol Zenbakizko (NC) Modua
2.3.3 Bi motordun ebaketa-ekipoa (zuzi eta mahaia)
Bi motordun ebaketa-ekipoak (zuzi eta mahaia) diseinuari dagokionez, zuzi bidezko eta XY mahai bidezko ebaketa-makinen artean kokatzen da. Ebaketa-zuzia zuzi-euskarri batean muntatzen da eta horizontalki mugitzen da zuzi-habean zehar (Y ardatza), eta ebaketa-mahaia, berriz, luzetara mugitzen da. Diseinu hibrido honek ebaketa-zehaztasun handiaren eta espazioa aurrezteko eraginkortasunaren abantailak konbinatzen ditu. ±0,01 mm-ko kokapen-zehaztasunarekin eta 0-20 m/min-ko ebaketa-abiadura erregulagarriarekin, merkatuan gehien erabiltzen diren ebaketa-makinetako bat da. Makina honen modelo handiagoek 2000 mm-ko Y ardatzeko ibilbidea eta 6000 mm-ko X ardatzeko ibilbidea eskaintzen dituzte, tamaina handiko piezak ebakitzeko aukera emanez.
Laser osziladorea ebaketa-zuziaren ondoan muntatzen da zulo-euskarrian. Konfigurazio honek zehaztasun apartekoa ematen du zulo zirkularrak moztean. Makinak ekoizpen-eraginkortasun handia ere badu: minutuko 46 zulo zirkular (10 mm-ko diametrokoak) moztu ditzake 1 mm-ko lodierako altzairuzko xafla batean.
2.3.4 Ebaketa-ekipo integratuak
Bateanebaketa-makina integratua, laser iturria markoan instalatzen da eta luzetara mugitzen da harekin batera, ebaketa-zuzia bere eragile-mekanismoarekin integratuta dagoen bitartean markoaren habean zehar horizontalki mugitzeko. Makinak kontrol numerikoa erabiltzen du hainbat formako osagaiak mozteko. Ebaketa-zuziaren mugimendu horizontalak eragindako bide optikoaren luzeraren aldaketa konpentsatzeko, bide optikoaren luzeraren doikuntza-modulu bat hornituta egon ohi da. Modulu honek laser izpi homogeneoa bermatzen du ebaketa-eremuan eta ebaketa-azaleraren kalitate koherentea mantentzen du.
Argitaratze data: 2025eko abenduaren 17a 
