3 błędy, których należy unikać podczas laserowego cięcia metalu

Wypaczanie jest kolejnym trudnym wyzwaniem, przed którym stoją inżynierowie używający maszyn do cięcia laserowego do produkcji części z blachy. Gdy wiązka lasera działa na metal w celu cięcia, metal szybko pochłania energię lasera i przekształca ją w energię cieplną, co z kolei powoduje nagrzewanie się metalu. Wraz ze wzrostem temperatury metal rozszerza się. 

Problem polega jednak na tym, że proces rozszerzania metalu nie jest jednolity. Z jednej strony, różne materiały metalowe mają różne współczynniki rozszerzalności cieplnej. Na przykład, stop aluminium i stal nierdzewna mają zupełnie różne stopnie rozszerzalności przy tej samej zmianie temperatury; z drugiej strony, proces produkcji materiału, taki jak kierunek walcowania, wewnętrzna struktura organizacyjna i inne czynniki, również wpływają na jednorodność rozszerzalności metalu po podgrzaniu. Połączony efekt tych czynników sprawia, że jest bardzo prawdopodobne, że metal będzie się wyginał i odkształcał podczas procesu rozszerzalności cieplnej, co nazywamy wypaczaniem.

Zjawisko wypaczania przysparza inżynierom wielu praktycznych problemów. W przypadku części, które zostały pierwotnie zaprojektowane do dokładnego montażu, po wystąpieniu wypaczenia kształt i rozmiar części będzie odbiegał od oczekiwań projektowych, co utrudni ich idealne dopasowanie podczas montażu. Nie tylko wydłuży to czas montażu i zwiększy koszty pracy, ale w poważnych przypadkach spowoduje nawet konieczność złomowania części, co spowoduje marnotrawstwo zasobów i wzrost kosztów produkcji. 

Z punktu widzenia mechaniki konstrukcyjnej, wypaczanie niesie ze sobą również poważne ukryte zagrożenia dla elementów konstrukcyjnych. Gdy element konstrukcyjny ulegnie wypaczeniu, jego wewnętrzny rozkład naprężeń stanie się nierównomierny, a jego pierwotna zdolność do równomiernego przenoszenia obciążeń zostanie zniszczona. Poddana obciążeniom zewnętrznym, wypaczona część z większym prawdopodobieństwem spowoduje koncentrację naprężeń, zmniejszając w ten sposób ogólną wytrzymałość i nośność elementu. W niektórych scenariuszach zastosowań o bardzo wysokich wymaganiach dotyczących wytrzymałości strukturalnej, takich jak przemysł lotniczy i kosmiczny, produkcja samochodów i inne dziedziny, odkształcenie elementów może spowodować poważne wypadki związane z bezpieczeństwem.

Dlatego też inżynierowie muszą być bardzo ostrożni podczas korzystania z maszyn do cięcia laserowego do produkcji elementów z blachy. Na etapie wyboru materiału można rozważyć użycie materiałów metalowych o mniejszym współczynniku rozszerzalności cieplnej i bardziej stabilnej wydajności, takich jak niektóre specjalne materiały stopowe. Na etapie projektowania należy odpowiednio zwiększyć nadmiarowość konstrukcji, a kształt i układ części powinny być odpowiednio dostosowane, aby zmniejszyć ryzyko wypaczenia spowodowanego odkształceniem termicznym. Jednocześnie, jeśli chodzi o ustawienie parametrów procesu, poprzez optymalizację parametrów takich jak moc lasera, prędkość cięcia i metoda chłodzenia, można w jak największym stopniu zminimalizować nierównomierne nagrzewanie się metalu podczas procesu cięcia. W razie potrzeby można rozważyć zastosowanie grubszych płyt metalowych, ponieważ grubsze płyty mają do pewnego stopnia lepszą odporność na odkształcenia termiczne, lub można zmniejszyć złożoność projektu i ograniczyć stosowanie złożonych kształtów i cienkościennych konstrukcji, zmniejszając w ten sposób prawdopodobieństwo wypaczenia.