LaserWorkShop 2006 OULUN Lasertyöst stö elektroniikan mekaniikan tuotannossa 03.04.2006 1
KAM 3D-Lasersolu Trumpf Yb:Yag Disk-laser -Hitsausoptiikka -Leikkausoptiikka (-Pinnoitusoptiikka) Motoman robotti ja kaksi- akselinen käsittelylaitek 03.04.2006 2
Yb:Yag Disk-laser Aktiivisena väliaineena v kiekon muotoinen ytterbium-kide Pumppausenergia hyödynnet dynnetään n noin 90 prosenttisesti Aallonpituus 1030 nm Parempi säteenlaatus Parempi hyötysuhde 03.04.2006 3
Yb:Yag Disk-laser Kiteen jääj äähdytys tehokasta, kiekossa jääj äähdytettävä pinta-ala ala suuri tilavuuteen nähdenn Disk-laserissa lähtevl htevä säde ja jääj äähdytys ovat saman suuntaisia, kiekossa säteen s laatua heikentävät t muodonmuutokset pienempiä Paremman säteenlaadun s ansiosta suuremmat tuotantonopeudet 03.04.2006 4
Absorptio eri materiaaleilla Teräksen absorptio Yb:Yag-laserin aallonpituudella huomattavasti parempi kuin CO 2 -laserilla Absorptioon vaikuttaa säteen s aallonpituuden lisäksi mm. lämpötila, pinnanlaatu ja säteen s polarisaatio 03.04.2006 5
Absorptio Laserin tuottama säde s on yleensä satunnais- tai lineaaripolarisoitua Satunnaispolarisaatio usein riittävän n lähelll hellä ympyräpolarisaatiota polarisaatiota Nd/Yb:Yag-lasereilla säde s yleensä satunnaispolarisoitua Lineaaripolarisoitu säde s voidaan muuttaa ympyräpolarisoiduksi polarisoiduksi peileillä Lineaaripolarisoitua sädetts dettä hyödynnet dynnetään n yksisuuntaisessa työst stössä Ympyräpolarisoidulla polarisoidulla säteells teellä samanlainen työst stöjälki joka suunnassa 03.04.2006 6
Laserleikkaus Uudet kidelaserit soveltuvat nyt myös s leikkaukseen, säteen s kuljetus valokuidussa Yb:Yag-laser soveltuu kokemuksien perusteella hyvin myös alumiiniseoksien leikkaukseen 3D-lasersolujen tasoleikkaukseen lisää tarkkuutta portaalipöydill ydillä CO 2 -laserit portaalityöasemissa asemissa tehokkaaseen ja tarkkaan teräksen tasoleikkaukseen CO 2 -lasereilla alumiiniseosten työst stöä vaikeuttaa säteen s suuri aallonpituus 10600 nm ja siitä aiheutuva huono säteen s absorptio 03.04.2006 7
Laserleikkaus Laserleikkaus mahdollistaa osien vapaan muotoilun Osiin voidaan lisätä ilman merkittävi viä lisäkustannuksia esimerkiksi kokoonpanoa ja kiinnittimien rakennetta helpottavia muotoja Muovattujen osien rajaus ja aukotus 3D-laserleikkauksella Taivutusleikkauksella taivutukseen tarvittavaa voimaa pienemmäksi ja taivutusta tarkemmaksi 03.04.2006 8
Laserleikkaus Metallien leikkaus tapahtuu käytk ytännössä kolmella eri menetelmäll llä tai näiden n yhdistelmänä,, jolloin kyseessä yhdistelmäprosessi Metallien tärkeimmt rkeimmät t leikkausprosessit ovat: a) Sulattava leikkaus, b) Polttoleikkaus ja c) HöyrystH yrystävä leikkaus Esimerkiksi alumiinin leikkaaminen paineilmalla on yhdistelmäprosessi, alumiini palaa osittain hapen vaikutuksesta ja sula poistuu railosta paineen avulla 03.04.2006 9
Leikkausparametreja AISI 304 1,0 mm, 4 kw, 180 300 mm/s AISI 316 1,0 mm, 4 kw, 180 300 mm/s AISI 430 1,0 mm, 4 kw, 180 280 mm/s AlMg3 1,5 mm, 4 kw, 220 350 mm/s Leikkauslaadun arvostelu: 0 Ei leikkaantunut 1 Heikko leikkauslaatu 2 Kohtalainen leikkauslaatu 3 Hyvä leikkauslaatu Teho 4 kw, Polttopisteen halkaisija n. 0,4 mm, Leikkauskaasu typpi pi 18 bar 03.04.2006 10
Leikkausparametreja 03.04.2006 11
Laserhitsaus Suuret hitsausnopeudet Lisäaineettomalle laserhitsaukselle soveltuvat parhaiten erilaiset limi- ja korilaippaliitokset Päittäisliitoksessa isliitoksessa ilmarako saa olla luokkaa 0,05 x levynvahvuus, DE-fokuksessa hitsaus sallii suuremmat ilmaraot Optimoitu lämml mmöntuonti, muodonmuutokset vähäisiv isiä,, oikealla suojakaasuntuonnilla mahdollisuus täysin t kirkkaaseen hitsiin Voidaan hitsata esimerkiksi limiliitoksella useita levyjä päällekkäin Nopea lämml mmöntuonti pienelle alueelle, jolloin muodonmuutokset vähäisiä Viimeistelytyö vähenee 03.04.2006 12
Laserhitsaus Syvätunkeuma tunkeuma- eli avaimenreikähitsaus on yleisin laserhitsausprosessi, vaadittava tehotiheys noin 10 6 W/cm 2 Syvätunkeuma hitsauksella saavutettavissa suuria hitsausnopeuksia, esimerkiksi 1 kilowatin Yb:Yag disk-laserilla 1 mm:n tunkeumalla 10 m/min Sulattava hitsaus muistuttaa enemmän n kaarihitsausmenetelmiä, lämpö siirtyy materiaalissa johtumalla ja sulan sekoittumisen avulla Sulattavassa hitsauksessa vaadittava tehotiheys noin 10 4-10 5 W/cm 2 Sulattava hitsaus sallii suuremmat railotoleranssit 03.04.2006 13
Laserhitsaus Pinnoitetuilla ohutlevyillä limiliitoksessa oltava noin 0,1 mm:n ilmarako Liian pieni ilmarako aiheuttaa sulan roiskumista ja huokosia hitsiin Sinkityillä ohutlevyillä pinnoitteen palaminen vähäistv istä Päittäisliitoksessa isliitoksessa höyrystyvh yrystyvä sinkki pääp ääsee poistumaan helposti liitoksesta Ilmarako saadaan aikaan esimerkiksi hitsausjigillä, levyn muotoilulla tai välilevyillv lilevyillä Materiaali: AZ 1,0 mm 03.04.2006 14
Hitsausparametreja Limiliitos AISI 304 1,0 mm, 4 kw, 150 500 mm/s Limiliitos AISI 430 1,0 mm, 4 kw, 150 500 mm/s Nurkkaliitos AISI 304 1,0 mm, 3 kw, 90 110 mm/s 03.04.2006 15
Hitsausparametreja 03.04.2006 16
Laserhitsatun limiliitoksen OULUN mikrorakenne, AISI 430 Nopeudella 200 mm/s tunkeuma vielä noin 1,5 mm Materiaali AISI 430, Teho 2 kw, Polttopisteen halkaisija n. 0,2 mm, Suojakaasu argon 15 l/min 03.04.2006 17
Laserkarkaisu Pintakarkaisusyvyydet tavallisesti välillv lillä 0,3 2,0 mm Pintakarkaisuun vaadittava tehotiheys noin 2x10 3 W/cm 2 Esimerkiksi 4 kilowatin teholla Nd:Yag-laserilla on mahdollista suorittaa karkaisua vielä polttopisteen halkaisijalla 16 mm Tärkeimpiä laserilla karkaistavia teräksi ksiä ovat seostamattomat rakenneteräkset, kset, nuorrutusteräkset, hiiletyskarkaisuteräkset kset ja myös työkalu kalu-,, kylmäty työstö- ja kuumatyöst stö-teräkset 03.04.2006 18
Laserkarkaisu Jäähdytys tapahtuu yleensä itsesammutuksena eli sammutukseen ei käytetä muita aineita, kuten öljyä tai vettä Tehokkaan itsesammutuksen edellytyksenä on, että karkaistavassa työkappaleessa on riittävästi massaa suhteessa karkaistavaan massaan Jäähtymisnopeus on yleensä niin suuri, että karkaistun teräksen kovuus on hyvin lähelll hellä kovuuden teoreettista maksimiarvoa Pieni lämml mmöntuonti, vähäiset v muodonmuutokset 03.04.2006 19
Lasertaivutus ja -muovaus Kosketukseton työst stö,, ei tarvita erillisiä työkaluja Ei takaisinjoustoa, mahdollistaa levyn taivuttamisen haluttuun kulmaan ilman ylitaivutusta Taipuma hyvin pieni, noin 1-1 3 astetta/käsittelykerta sittelykerta Suurilla taivutuskulmilla hidas, nopeutta lisää mekaanisella taivutuksella Lämpökäsittely lisää särmän n jäykkyyttj ykkyyttä Materiaali: 2mm alumiini, 1,5mm rakenneteräs 03.04.2006 20
Lasertaivutus ja -muovaus Lasermuovauksen mekanismit: a) LämpL mpögradienttimekanismi, b) Lommahdusmekanismi, c) Tyssäysmekanismi ysmekanismi Lämpögradientti- ja lommahdusmekanismi soveltuvat erityisesti ohutlevyille, tyssäysmekanismi ysmekanismi putkille ja muille profiileille 03.04.2006 21
Kysymyksiä ja kommentteja Kiitos! 03.04.2006 22