1. 레이저 빔 포커싱 기본
1.1 초점 에너지 원칙
레이저 커터의 광학 시스템은 공식에 의해 계산 된 피크 에너지 밀도로 빔을 초점으로 응축시킵니다.
여기서 \\ (p \\)는 전원을 나타내고 \\ (r \\)는 초점의 빔 반경입니다. 빔이 재료와 상호 작용하는 방법을 결정하는 세 가지 주요 초점 상태가 있습니다.
· 긍정적 인 초점: 초점은 재료 표면 위에 있으며 상단에 더 넓은 빔이 생깁니다.
· 제로 초점: 초점은 표면과 정렬되어 재료 두께에 걸쳐 빔 직경의 균형을 유지합니다.
· 부정적인 초점: 초점은 표면 아래에 위치하여 재료 내에서 에너지를 집중시킵니다.
1.2 초점 위치의 중요성
초점 위치는 레이저 빔이 두께를 통해 재료를 녹이고 배출하는 방식에 직접적인 영향을 미칩니다. 잘못된 정렬은 고르지 않은 에너지 분포로 이어져 거친 가장자리 또는 드로스 축적과 같은 결함을 유발할 수 있습니다.
2. 표면 품질 절단에 미치는 영향
2.1 표면 거칠기
\\ (r _ a \\)와 같은 매개 변수로 측정 된 표면 거칠기는 절단의 부드러움을 나타냅니다. 긍정적 인 초점으로, 더 넓은 상단 빔은 측면 열 전달을 증가시켜 불규칙한 재조정을 유발합니다. 예를 들어, 3mm 스테인레스 스틸에서 \\ (r {_ a \\)는 +1 mm 초점으로 0 초점에서 12μm에서 15μm로 증가합니다. 반대로, -0. 5mm 네거티브 포커스는 에너지를 집중시켜 용융 재료 방출을 개선하고 거칠기를 10μm로 줄입니다.
2.2 가장자리 수직
정밀 어셈블리에는 90도 에지가있는 컷이 필요합니다. Positive Focus는 +2 mm 초점을 가진 5mm 알루미늄의 8도 각도와 같이 "최상위, 바닥 깎이"베벨을 만듭니다. 중간 정도의 -1 mm 네거티브 포커스는 진입시 빔을 수렴하여 재료를 통해 에너지를 고르게 분포시켜 베벨을 3도까지 최소화합니다.
2.3 드로스 형성
용융 재료가 완전히 배출되지 않으면 드로스가 형성됩니다. 양의 초점은 바닥의 에너지 밀도를 줄이고 잔류 물 두께의 드로스는 종종 +1 mm 초점을 가진 10mm 카본 스틸에 나타납니다. A -0. 8mm 포커스 산소 보조 가스와 결합 된 가스는 산화철을 방출하기에 충분한 에너지를 제공하여 드로스가없는 절단을 초래합니다.
2.4 열 영향 구역 (HAZ)
HAZ는 컷 주변의 열 손상 영역입니다. 양의 초점은 최고 HAZ를 넓 힙니다. 4mm 티타늄에서는 -0. 5mm에서 0. 음성 초점은 에너지를 집중시켜 고 강성 합금에서 재료 특성을 보존합니다.
3. 다른 재료에 대한 초점 전략
3.1 금속 재료
· 스테인레스 스틸 (2–5mm): 질소 보조 가스와 함께 약간의 음의 초점 (-0. 3 to -0. 8mm)을 사용하여 산화를 방지하고 균일 한 용융을 보장합니다.
· 탄소강 (10mm+): 더 깊은 음의 초점 (-1 to -1. 5mm)은 산소로 발열 절단을 가능하게하여 드 로스 제거를 향상시킵니다.
· 알루미늄 합금: 얇은 시트 (3mm 이상)의 경우 0에서 +0 {+0. 2mm 초점은 빔 반사를 감소시킵니다. 두꺼운 시트 (-0. 5mm)는 열전도율에 대항하기 위해 고압 질소가 필요합니다.
3.2 비금속 재료
· 아크릴\/플라스틱: 긍정적 인 초점 (+1-+2 mm)을 적용하여 에너지를 전파하고 화상을 피하고 저압 공기와 쌍을 이루어 깨끗한 가장자리를 위해.
· 목재\/복합재: 약간의 양의 초점 ({+0. 5mm)은 목재의 숯을 최소화하는 반면, 제로 초점은 유리 섬유 복합재의 박리를 방지합니다.
4. 고급 포커스 제어 기술
4.1 자동 초점 시스템
센서는 실시간 공작물 변동을 감지하여 뒤틀린 재료의 품질을 유지하기 위해 초점을 조정하고 자동차 거부율을 30%줄입니다.
4.2 동적 초점 조정
기계는 두께 변화에 맞게 초점을 맞추는 데 적응할 수 있습니다. 예를 들어, 3mm에서 5mm로 전환 할 때 0. 7mm 더 깊은 초점은 일관된 컷 품질을 보장합니다.
4.3 교정 프로토콜
테스트 패턴은 재료 별 포커스 맵을 생성하고 최적의 설정을 저장하고 설정 시간을 20%줄입니다.
5. 산업 응용 사례
· 자동차 강철: -0에서 초점을 조정하여 5mm ~ -0.
· 항공 우주 티타늄: 5mm ti -6 al -4 v -0 v를 -0.
6. 미래의 도전과 전망
Cutting thick materials (>빔 발산으로 인해 20mm 강철)은 여전히 어려운 일입니다. 향후 개발은 AI를 통합하여 자동 초점 최적화를위한 실시간 데이터를 분석하여 다양한 재료에 대한 적응 가능한 처리를 가능하게합니다.
7. 결론
레이저 커터의 초점 위치는 절단 품질에 크게 영향을 미쳐 거칠기, 가장자리 모양, 드로스 및 HAZ에 영향을 미칩니다. 포커스 설정을 재료 요구에 맞게 조정하고 고급 제어 기술을 활용하여 제조업체는 더 높은 정밀도를 달성하고 폐기물을 줄이며 산업 요구를 충족시킬 수 있습니다.
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