Stel je voor dat je zorgvuldig een modelblauwdruk ontwerpt, maar dan ontdek je dat het fysieke eindproduct subtiele afwijkingen vertoont van je verwachtingen. De onzichtbare boosdoener achter dergelijke discrepanties is vaak de kerf: de onvermijdelijke breedte van het materiaal dat wordt verwijderd tijdens het lasersnijden. Het beheersen van deze parameter is essentieel voor het bereiken van precisie bij lasersnijtoepassingen.
Kerf: definitie en formatie
Kerf, ook bekend als laserstraalbreedte of snijbreedte, verwijst naar de breedte van het materiaal dat wordt verwijderd wanneer een laserstraal door materiaal snijdt. Deze meting is niet constant, maar varieert op basis van meerdere factoren. In tegenstelling tot mechanisch snijden waarbij gereedschappen fysiek materiaal scheiden, maakt lasersnijden gebruik van hoogenergetische stralen om materialen te verwarmen tot smelt- of verdampingspunten, waarbij hulpgassen (zuurstof, stikstof of perslucht) het gesmolten of verdampte materiaal wegblazen en de kerf achterlaten.
Belangrijkste factoren die de kerfbreedte beïnvloeden
De snijbreedte heeft een directe invloed op de snijprecisie, de pasvorm van het onderdeel en de efficiëntie van het materiaalgebruik. Het begrijpen van deze beïnvloedende factoren maakt betere procesaanpassingen en parameteroptimalisatie mogelijk.
1. Materiaaleigenschappen en dikte
Verschillende materialen vertonen verschillende laserabsorptiesnelheden, thermische geleidbaarheid, smeltpunten en verdampingstemperaturen. Over het algemeen vereisen dikkere materialen meer laserenergie, wat resulteert in bredere kerfs. Acryl vertoont bijvoorbeeld merkbare kerfvariaties bij verschillende diktes, terwijl dichtere materialen zoals metalen doorgaans bredere kerfs produceren.
2. Laserkracht en snelheid
Een hoger vermogen of lagere snelheden vergroten doorgaans de breedte van de zaagsnede, hoewel overmatige instellingen kunnen leiden tot overbranden van het materiaal, het smelten van de randen of vervorming. Voor elk materiaal en elke dikte moeten optimale combinaties van vermogen en snelheid worden bepaald.
3. Laserfocus en straalmodus
De brandpuntsafstand bepaalt de spotgrootte: een kortere focus levert kleinere spots op met een hogere energiedichtheid voor nauwkeurig snijden, terwijl een langere focus zorgt voor een grotere scherptediepte. De straalmodus (bijv. TEM00) beïnvloedt de kwaliteit van de energiedistributie, waarbij imperfecte modi mogelijk ongelijkmatige snijbreedtes veroorzaken.
4. Gastype en -druk ondersteunen
Hulpgassen verwijderen gesmolten materiaal en koelen de snijranden. Zuurstof verbetert de snijsnelheid van metaal, maar verwijdt de kerfs, terwijl stikstof schonere randen produceert met langzamer snijden. Een onjuiste gasdruk laat restmateriaal achter of verstoort de laserstraal.
5. Lasertype en -parameters
Verschillende lasers (CO₂, glasvezel, YAG) met verschillende golflengten, vermogensniveaus en straalkwaliteiten zijn geschikt voor verschillende materialen. De instellingen voor de pulsfrequentie en de werkcyclus hebben ook invloed op de kerfbreedte.
6. Toleranties bij de productie van materialen
Zelfs binnen dezelfde materiaalbatch kunnen variaties in dikte, dichtheid en samenstelling kerf-inconsistenties veroorzaken, waardoor compensatie voor precisiewerk nodig is.
7. Snijpad en -richting
Gebogen paden kunnen andere kerfs opleveren dan rechte sneden, en de machineprestaties kunnen variëren per as. Padoptimalisatie en richtingscompensatie kunnen de consistentie verbeteren.
Kerfbreedte meten
Nauwkeurige zaagsnedemeting maakt een juiste procesaanpassing mogelijk. Veel voorkomende methoden zijn onder meer:
-
Microscopie:Hoge precisie, maar arbeidsintensief
-
Visiemeting:Efficiënt voor batchmetingen
-
Contacthulpmiddelen:Eenvoudig maar minder nauwkeurig (remklauwen, micrometers)
-
Laserscannen:Geautomatiseerde methode met hoge precisie
Kerf-controle- en compensatietechnieken
Praktische benaderingen om kerf-effecten te beheersen zijn onder meer:
-
Parameteroptimalisatie:Instellingen voor vermogen, snelheid, focus en gas aanpassen
-
Padcompensatie:CAD/CAM-offsetaanpassingen (naar binnen voor externe sneden, naar buiten voor interne sneden)
-
Multi-pass snijden:Ruwe snede gevolgd door afwerkingssnede
-
Softwarecompensatie:Automatische aanpassingsfuncties in professionele software
-
Prototype testen:Proefsneden met op maat gemaakte aanpassingen
Referentiewaarden voor kerfbreedte
| Materiaal |
Dikte (mm) |
Gemiddelde kerf (mm) |
| Acryl |
1-3 |
0,18 |
| Acryl |
5-8 |
0,21 |
| Acryl |
10-15 |
0,30 |
| Acryl |
20 |
0,32 |
| HEUPEN, PETG, Styreen |
1-3 |
0,45 |
| Berken Multiplex |
0,8 |
0,08 |
| Berken Multiplex |
1.5 |
0,16 |
| Berken Multiplex |
3 |
0,20 |
| Berken Multiplex |
6 |
0,22 |
| Berken Multiplex |
12 |
0,30 |
Ontwerpoverwegingen
Bij het ontwerpen voor lasersnijden:
- Houd minimale snijbreedtes ≥ materiaaldikte aan
- Vermijd te fijne details die kunnen wegbranden
- Zorg voor een afstand van ≥0,5 mm tussen aangrenzende sneden
- Houd rekening met kerfeffecten bij montagepassingen (gebruik verbindingen zoals zwaluwstaartverbindingen of drukknopen)
- Selecteer materialen op basis van snijprestaties en toepassingsvereisten
Het beheersen van het inzicht in en de controle over kerf maakt hogere precisie bij lasersnijtoepassingen mogelijk, waardoor een betere onderdeelkwaliteit en materiaalefficiëntie in verschillende industrieën wordt gegarandeerd.
Uw bericht moet tussen de 20-3.000 tekens bevatten!