Pjovimas lazeriu – tai šiuolaikinė medžiagų apdirbimo technologija, kurioje naudojamas stipriai sufokusuotas šviesos spindulys medžiagai perpjauti. Lazerio spindulys pasižymi itin didele energijos koncentracija mažame plote, todėl gali greitai įkaitinti ir perlydyti ar išgarinti įvairias medžiagas: metalus, plastiką, medieną, audinius ir net stiklą (specialiais metodais). Šiandien lazerinis pjovimas plačiai taikomas pramonėje, medicinoje, reklamoje ir kitur dėl savo tikslumo ir efektyvumo.

Lazerinio pjovimo principas ir įranga

Lazerinio pjovimo esmė – nukreipti galingą lazerio spindulį ten, kur norima padaryti pjūvį. Pagrindiniai lazerių tipai, naudojami pjovimui:

• CO₂ lazeriai: tradiciniai lazeriai, generuojantys spindulį anglies dvideginio dujų mišinyje. Jų bangos ilgis ~10,6 mikrometro, puikiai tinka organinėms medžiagoms (medžiui, plastikui, audiniams) pjauti, taip pat ploniems metalams su specialia danga. CO₂ lazeriai buvo pirmieji plačiai naudoti pramonėje pjovimo tikslams.
• Šviesolaidiniai (fiber) lazeriai: naujesnė technologija, kur šviesos šaltinis – šviesolaidžiu sustiprintas spindulys (dažnai sukuriamas diodų lazerių ir stiprinamas įterpiant į optinį pluoštą su retųjų žemių jonais). Šių lazerių bangos ilgis ~1,06 mikrometro (10 kartų trumpesnis nei CO₂), todėl jie ypač efektyvūs pjaunant metalus (trumpesnė banga geriau sugeriama metalų). Fiber lazeriai pasižymi dideliu efektyvumu (mažiau elektros sunaudoja tam pačiam galingumui) ir mažesnėmis priežiūros sąnaudomis, sparčiai pakeičia CO₂ lazerius metalo pramonėje.
• Kiti lazeriai: YAG, diskiniai lazeriai – variacijos, naudojamos specializuotiems tikslams (pvz., labai storų medžiagų pjovimui ar mikro pjovimui). Taip pat yra impulsiniai lazeriai, kurie pjauna ne nuolatine srove, o labai trumpais impulsais – jie tinka preciziškiems pjūviams, kai reikia minimalios terminės įtakos aplink.

Lazerinio pjovimo staklės paprastai susideda iš lazerio šaltinio, spindulio tiekimo sistemos (veidrodžiai ar šviesolaidis), pjovimo galvutės su fokusavimo lęšiu ir CNC valdymo sistemos. Vartotojas kompiuteriu sukuria ar įkelia pjovimo brėžinį, nurodo medžiagos tipą bei storį, o staklės automatiškai sureguliuoja lazerio galią, fokusavimą, pjovimo greitį ir pagalbinių dujų slėgį. Modernios sistemos turi jutiklius, stebinčius pjovimo kokybę, automatinį fokusavimą į medžiagą, gali aptikti kliūtis ar išvengti susidūrimų su išpjautomis detalėmis.

Medžiagos, tinkamos pjauti lazeriu

Vienas didžiausių lazerinio pjovimo privalumų – jo universalumas. Galima pjauti labai skirtingas medžiagas:

• Metalas: plienas (anglinis, nerūdijantis), aliuminis, varis, žalvaris ir t.t. Lazeris ypač efektyvus pjauti plieno lakštus iki maždaug 20-30 mm storio (priklausomai nuo galingumo). Storesniems naudojama plazma arba vandens pjovimas, bet ploniems ir vidutinio storio – lazeris karaliauja. Lazeriu pjaunami metalo lakštai naudojami gamyboje (detalės, konstrukcijos), taip pat vamzdžiai, profiliai (yra specialios rotacinės ašys vamzdžių pjovimui lazeriu).
• Mediena ir fanera: CO₂ lazeriai puikiai pjauna medienos produktus – fanerą, MDF, medžio lukštą, net storesnes lentas. Pjūviai švarūs, tik pakraščiai kiek patamsėja nuo karščio (tartum lengvai apdeginti), kas dažnai atrodo estetiškai arba gali būti nušlifuota. Tai populiaru baldų dalių gamyboje, dekoracijų kūrime.
• Plastikai: Akrilas (organinis stiklas) lazeriu pjaunamas tarsi sviestas – gaunami blizgūs skaidrūs kraštai, kas ypač praverčia gaminant iškabas, stendus. Taip pat pjaustomos PVC plokštės, polikarbonatas (nors su tam tikrais apribojimais, nes gali svilti), inžineriniai plastikai lakštais. Reikia atsižvelgti, kad kai kurie plastikai, pjaunami lazeriu, išskiria kenksmingus garus (pvz., PVC – chlorą), todėl būtina gera ventiliacija ir filtravimas.
• Audiniai, oda, popierius: Lazeris naudojamas net ir tekstilės pramonėje – tiksliai išpjauna sudėtingas drabužių detales, nėrinius, raštus ant audinio. Oda gali būti pjaunama gaminant aksesuarus, batus. Popierius ir kartonas – architektūrinių maketų, sveikinimo atvirukų karpiniams kurti lazeris suteikia neįtikėtiną tikslumą be fizinio pjovimo, kuris galėtų deformuoti medžiagą.
• Kitos medžiagos: Tam tikrais atvejais lazeriu pjaunamas net stiklas ar keramika, tačiau dažniau lazeris naudojamas graviravimui ant jų (pjauti sudėtingiau dėl trūkinėjimo). Visgi plonas stiklo lakštas gali būti pjaunamas specialiu impulsiniu lazeriu. Taip pat lazeriai pjausto kompozitus, gumą (naudojama tarpinių gamyboje), grafitą ir daugybę kitų.

Privalumai ir trūkumai lazerinio pjovimo

Privalumai:

• Itin aukšta kokybė: Pjūviai tikslūs, kartojamumas puikus – idealiai tinkančios dalys be rankinio derinimo.
• Greitas perėjimas nuo prototipo prie gamybos: nereikia įrankių keitimo, formų gamybos – užtenka CAD brėžinio.
• Mažiau darbo jėgos: automatizuotas procesas, vienas operatorius gali valdyti kelias stakles, nereikia tiek fizinės jėgos ar meistriškumo kaip rankiniame pjovime.
• Siaura terminė zona: ypač svarbu pjaunant metalus – mažiau vidinių įtempių, medžiaga neiškraipoma.
• Galimybė kombinuoti su graviravimu: daug lazerinių sistemų gali ir pjaustyti, ir graviruoti (žymes, numerius, ornamentus) to paties ciklo metu.

Trūkumai:

• Įrangos kaina: Lazerinės pjovimo staklės ir jų priežiūra yra brangios. Todėl ekonomiškai apsimoka intensyviai jas išnaudoti arba teikti pjovimo paslaugas keliems užsakymams. Mažoms įmonėms pirkti lazerį gali būti investiciškai sudėtinga, nors pastaruoju metu kainos mažėja, atsiranda daugiau naudotos įrangos rinkoje.
• Storio ribos: Nors lazeriai galingėja, itin storų ruošinių (>30-40 mm plieno, >20 mm aliuminio) pjovimas lazeriu tampa labai lėtas ir brangus arba neįmanomas – tokiu atveju tenka rinktis kitą technologiją.
• Medžiagų apribojimai: Kai kurių atspindinčių medžiagų (pvz., vario, žalvario) pjovimas reikalauja labai galingų lazerių, nes dalis energijos atsispindi. Taip pat nepjaunami tam tikri kompozitai, kurie blogai reaguoja į karštį.
• Saugumas: Lazerio spindulys yra labai pavojingas akims ir odai. Todėl staklės būna uždaros, su apsauginiais gaubtais. Operatoriai turi imtis priemonių dėl dūmų šalinimo – kai kurių medžiagų garai toksiški.

Tendencijos ir inovacijos

Lazerinio pjovimo technologija nuolat tobulinama. Pastaraisiais metais vyksta perėjimas nuo CO₂ lazerių prie šviesolaidinių – pastarieji tampa vis pigesni ir prieinamesni net vidutinėms ir mažoms įmonėms. Taip pat populiarėja kombinuotos staklės, kurios viename įrenginyje derina lazerinį pjovimą ir kitus procesus, pavyzdžiui, perforavimą ar lenkimą – taip supaprastinant gamybos grandinę. Kita sritis – 5 ašių lazerinis pjovimas, leidžiantis pjaustyti ne tik plokščius lakštus, bet ir trimates formas, vamzdžius sudėtingais kampais. Tai atveria galimybę apdoroti jau suformuotus objektus (pvz., automobilių kėbulų dalis) tiesiai lazeriu. Be to, auga mažų, stalinių lazerių rinka kūrybiniams ir namų poreikiams. Dabar entuziastai ar smulkūs verslai gali įsigyti nebrangų lazerinį pjaustytuvą-graviruoklį (dažnai CO₂, 40–100 W) ir gaminti suvenyrus, modelius, individualizuotus gaminius.

Apibendrinimas

Lazerinis pjovimas per kelis dešimtmečius iš futuristinės naujovės tapo įprastu gamybos įrankiu. Jo universalumas, tikslumas ir greitis padarė milžinišką įtaką daugeliui pramonės šakų. Nors pati technologija reikalauja rimtų investicijų ir žinių, jos nauda akivaizdi – didesnis našumas, kokybė ir laisvė kurti. Galime tikėtis, kad tobulėjant lazeriams (didėjant efektyvumui, mažėjant kainai) jie dar plačiau skverbsis tiek į pramonę, tiek į mūsų kasdienį gyvenimą, leisdami materializuoti idėjas šviesos greičiu.