Automatyzacja obróbki – obrabiarki i lasery

Skrawanie to ubytkowa metoda obróbki. Polega na usuwaniu za pomocą mechanicznych narzędzi nadmiaru materiału bazowego, aż do uzyskania docelowej geometrii przedmiotu. Jest to popularna technika kształtowania metali, ale sprawdza się także w przypadku tworzyw sztucznych, ceramiki, drewna (patrz ramki: „Obróbka tytanu”, „Obróbka ceramiki”, „Obróbka akrylu”). Pozwala uzyskać precyzyjne wymiary oraz wysokiej jakości wykończenie powierzchni bez zmieniania struktury materiału bazowego. Może być wykonywana ręcznie albo zostać zautomatyzowana.

Obecnie korzysta się głównie z obrabiarek sterowanych numerycznie. Centra CNC automatyzują obróbkę, zapewniając nieosiągalną ręcznie powtarzalność i dokładność, szczególnie w przypadku przedmiotów o skomplikowanej geometrii. Po zaprogramowaniu mogą pracować przy minimalnym nadzorze, co ogranicza liczbę błędów oraz koszty pracy. Sprawdzają się zarówno w prototypowaniu, jak i w długich seriach produkcyjnych.

OBRÓBKA SKRAWANIEM

Tego rodzaju obróbka obejmuje techniki takie, jak toczenie, frezowanie, szlifowanie oraz wiercenie.
Toczenie, najbardziej podstawowa operacja CNC, polega na obracaniu przedmiotu obrabianego na tokarce, podczas gdy narzędzie skrawające nadaje mu pożądany kształt. Najlepiej sprawdza się w produkcji części cylindrycznych, zapewniając wysoką jakość wykończenia i precyzję wymiarową.

Podczas frezowania obrotowy nóż usuwa materiał z obrabianego detalu. Wyróżnia się kilka jego typów. Przykładowo, we frezowaniu czołowym oś narzędzia skrawającego ustawia się prostopadle do powierzchni przedmiotu i usuwa materiał w celu uzyskania płaskiej powierzchni. Kątowe z kolei polega na frezowaniu obiektu pod kątem innym niż 90 stopni. W ten sposób m.in. kształtuje się uzębienie w kołach zębatych. Narzędzie skrawające może też usuwać materiał z boku przedmiotu obrabianego (frezowanie boczne) i dwóch boków jednocześnie (frezowanie walcowo-czołowe).

Szlifowanie polega na użyciu obracającej się ściernicy do usuwania materiału z obiektu obróbki. Można w ten sposób obrabiać powierzchnie zarówno płaskie, jak i cylindryczne. Maszyny CNC precyzyjnie kontrolują każdy aspekt procesu szlifowania – od prędkości ściernicy po jej tor ruchu po obrabianym przedmiocie.

Wyróżnić można również kilkanaście typów operacji wiercenia. Punktem wyjścia jest zwykle wykonanie wgłębienia na powierzchni obrabianego przedmiotu. Umożliwia ono dokładne ustawienie wiertła przed rozpoczęciem właściwej obróbki i zapobiega przesuwaniu się wiertła w jej trakcie. Wiercenie punktowe jest zatem kluczowym etapem dla zapewnienia dokładności lokalizacji otworów. Właściwe wiercenie to proces tworzenia cylindrycznych otworów w przedmiocie obróbki za pomocą obracającego się wiertła. Rozwiercanie natomiast polega na powiększeniu istniejącego otworu do określonej średnicy. Celem gwintowania jest wykonanie gwintów wewnętrznych we wcześniej nawierconym otworze, które umożliwią wkręcenie śruby. Proces wymaga precyzyjnej kontroli, by uzyskać gwint pasujący do tego na danym elemencie złącznym. Mikrowiercenie z kolei polega na wykonywaniu niezwykle małych otworów o średnicach mierzonych w mikrometrach. Wykonuje się też stożkowe otwory, które naprowadzają wiertło podczas głębszego wiercenia.

NARZĘDZIA

Wybór narzędzi, które są mocowane na wrzecionie maszyny CNC, jest kluczowy. Ich podstawową funkcję stanowi usuwanie z przedmiotu obrabianego materiału w postaci wiórów. W zależności od typu narzędzi może to przebiegać na różne sposoby. Niektóre np. stykają się z przedmiotem w jednym punkcie, podczas gdy inne oddziałują na niego w wielu miejscach jednocześnie. Większość ma rowki, czyli spiralne żłobienia na zewnętrznej powierzchni, które umożliwiają odprowadzanie wiórów. Te z mniejszą liczbą większych rowków zwykle lepiej sprawdzają się w obróbce miękkich materiałów. Narzędzia skrawające są wykonywane z szerokiej gamy materiałów.

Przykładem stal węglowa, popularna ze względu na przystępną cenę i łatwość produkcji. Choć nie dorównuje trwałością innym materiałom, wytrzymuje umiarkowane naprężenia. Dlatego sprawdza się przy mniejszych prędkościach skrawania, w narzędziach ogólnego przeznaczenia, szczególnie w obróbce miękkich materiałów, takich jak drewno, tworzywa sztuczne, aluminium.

Twardość i odporność na zużycie to cecha węglików. Są one używane do produkcji narzędzi, które powinny jak najdłużej zachować ostrość, nawet przy dużych prędkościach, wykorzystywanych w produkcji precyzyjnych części z twardych metali. Twardość i wytrzymałość cechują również stal szybkotnącą. Zachowuje ona ostrość nawet w umiarkowanie wysokich temperaturach. Jest przystępniejsza cenowo w porównaniu z węglikami, z czego wynika jej popularność, szczególnie w obróbce materiałów o mniejszej ścieralności. Twardość i odporność na zużycie wyróżniają także węgliki spiekane. Narzędzia z nich wykonane pracują ze znacznie większymi prędkościami skrawania niż te ze stali szybkotnącej. Sprawdzają się zwłaszcza w obróbce twardych metali i materiałów ściernych, charakteryzując się dłuższą żywotnością i zapewniając dużą jakość wykończenia.

POWŁOKI

Odporność na zużycie oraz stabilność w wysokich temperaturach cechuje narzędzia z materiałów ceramicznych. Ekstremalną twardość i doskonałą odporność na ciepło z kolei wykazuje borazon (forma azotku boru). Sprawdza się on zwłaszcza w obróbce metali hartowanych. Jeszcze twardsze i wytrzymalsze są narzędzia z diamentu polikrystalicznego. Zachowują one ostrość dłużej niż te z innych materiałów. To przekłada się na możliwość skrawania z dużą prędkością, bez zużywania się i pogarszania jakości wykończenia powierzchni.

Narzędzia pokrywa się również specjalnymi powłokami. Przykładem jest azotek tytanu (TiN), który zwiększa twardość i odporność na wysokie temperatury. Zmniejsza też tarcie, co ułatwia uzyskanie gładkiego wykończenia obrabianej powierzchni. Powłoki z węgloazotku tytanu (TiCN) zwiększają smarowność i twardość w porównaniu z TiN. Narzędzia z takim pokryciem nadają się do obróbki materiałów ściernych. Azotek tytanu aluminium (TiAlN) wyróżniają doskonała odporność na ciepło i twardość. Powłoka z tego materiału jest szczególnie przydatna podczas obróbki z dużą prędkością, ponieważ tworzy barierę termiczną, która pomaga odprowadzać ciepło z krawędzi skrawającej. To wydłuża jej żywotność. Azotek tytanu o podwyższonej trwałości (Al-TiN) zwiększa odporność na ciepło, zwłaszcza narzędzi skrawających z węglików spiekanych. Azotek chromu (CrN) jest z kolei ceniony za odporność na korozję, zaś powłoki diamentowe sprawdzają się w obróbce materiałów twardych i ściernych.

Wybór materiału i wykończenia narzędzia skrawającego jest kluczowy dla zapewnienia jakości oraz dokładności obróbki. Wpływa także na żywotność samego narzędzia i pozwala skrócić czas cyklu. Dzięki temu można zwiększyć wydajność produkcji – wytrzymalsze narzędzia umożliwiają płynniejszą obróbkę, nawet przy większych prędkościach, a czyste cięcie materiału obrabianego – z mniejszą ilością zadziorów i krawędziami lepszej jakości – zmniejsza potrzebę dodatkowej obróbki wykończeniowej.

Dziedzina narzędzi do maszyn CNC cały czas się rozwija. Przykładem są narzędzia wielofunkcyjne i inteligentne systemy, które wykorzystują czujniki do monitorowania zużycia narzędzi i parametrów obróbki. Dane te pozwalają operatorom dokonywać regulacji w czasie rzeczywistym, co wydłuża żywotność narzędzi i poprawia jakość skrawania.

MOCOWANIE

Kolejną ważną kwestią jest prawidłowe zamocowanie obrabianego przedmiotu. Zapobiega to jego przesuwaniu się pod wpływem sił skrawania, które może spowodować uszkodzenie narzędzia, a nawet całej maszyny. Wibracje i ślizganie się detalu niewystarczająco pewnie zamocowanego skutkują też niezachowaniem tolerancji obróbki i nierównomiernym wykończeniem powierzchni. By uniknąć wynikających z tego strat materiału i przestojów, stosuje się różne rozwiązania.

Przykładem są stoły z rowkami teowymi. Uznaje się je za efektywne i uniwersalne rozwiązanie w zakresie mocowania przedmiotów obróbki. Najlepiej sprawdzają się w przypadku pojedynczych, dużych detali, natomiast gorzej, jeśli wymagana jest szybka wymiana większej liczby mniejszych – ponieważ każdy obiekt musi być indywidualnie przykręcony, a potem odkręcony. Dokładność mocowania pozostaje kluczowa, gdyż nieprawidłowe ustawienie może zmniejszyć siłę trzymania albo spowodować uniesienie części. Ważne też, by rowki teowe były wolne od wiórów i innych zanieczyszczeń.

Prostym i popularnym sposobem mocowania przedmiotów obrabianych jest klejenie. Sprawdzi się zarówno w przypadku detali płaskich, jak i tych o nieregularnym kształcie, zwłaszcza w obróbce prototypów i tworzyw sztucznych. Jest to szybka, tania i skuteczna metoda mocowania, ale działa różnie w zależności od materiału – np. na metalach kleje szybko twardnieją. Na przyczepność wpływa czystość łączonych powierzchni przed aplikacją kleju. Ważne jest również (szczególnie w przypadku lekkich materiałów, jak pianka i drewno) równomierne nałożenie spoiwa, aby utrzymać poziom przedmiotu. Istnieje też ryzyko jego odklejenia się w trakcie obróbki i uszkodzenia podczas zdejmowania. Tego ostatniego można uniknąć, nakładając klej w miejscach nieistotnych estetycznie lub funkcjonalnie. Ponadto resztki spoiwa mogą pozostawać zarówno na detalu, jak i na stole maszyny.

IMADŁA I STOŁY PRÓŻNIOWE

Przedmioty mocuje się także w imadłach, szczególnie te o równoległych krawędziach. Sposób ten zapewnia stabilność i precyzję, o ile detal jest prawidłowo ustawiony – powinien być całkowicie osadzony i wypoziomowany, aby uniknąć jego odkształcenia albo poślizgu w czasie obróbki. By zwiększyć wydajność w przypadku dużych serii produkcyjnych, nowoczesne imadła wyposaża się w szybkozmienne podstawy, które znacznie skracają czas załadunku. Dodatkowo, w przypadku detali o nieregularnych kształtach, korzysta się z niestandardowych uchwytów, które można dopasować do ich konturów. Zapewnia to pewne mocowanie i chroni przedmiot przed uszkodzeniem.
Pneumatyczne i hydrauliczne systemy zaciskowe zapewniają równomierny docisk jednocześnie w wielu punktach przedmiotu obróbki. Ich zaletą jest znaczące skrócenie czasu przezbrajania. Można też łatwo zautomatyzować pozycjonowanie, zaciskanie i zwalnianie detali. Wymagana jest jednak właściwa konserwacja uszczelnień i podzespołów hydraulicznych oraz pneumatycznych, by uniknąć wycieków, które zmniejszają niezawodność mocowania.

Korzysta się również ze stołów próżniowych, w których siłę docisku zapewnia usunięcie powietrza spod obrabianego przedmiotu. Jest ona równomiernie rozłożona na całej powierzchni jego styku ze stołem, co minimalizuje ryzyko odkształcenia obiektu i umożliwia precyzyjną obróbkę. Ta metoda staje się szczególnie skuteczna w przypadku płaskich i cienkich przedmiotów, które są podatne na odkształcenia podczas mocowania.

PARAMETRY I PROGRAMOWANIE

Wydajność i końcowy efekt skrawania zależą od jego parametrów. Muszą być dobrane do specyfiki obrabianego materiału, użytego narzędzia i wymagań danej techniki. W przeciwnym razie pogarsza się jakość wykończenia powierzchni, a narzędzie szybciej się zużywa. Główne parametry obróbki CNC stanowią: prędkość skrawania, prędkość obrotowa wrzeciona, posuw, głębokość skrawania.

Prędkość skrawania to szybkość, z jaką narzędzie przesuwa się po powierzchni. Właściwie dobrana pozwala na efektywne usuwanie materiału i wydłuża żywotność narzędzia. Zbyt duża powoduje nadmierne nagrzewanie, prowadzące do szybkiego zużycia lub uszkodzenia narzędzia i topienia się materiału. Z kolei zbyt mała pogarsza wydajność obróbki i jakość wykończenia powierzchni.

Posuw to odległość, na jaką narzędzie przesuwa się względem obrabianego przedmiotu z każdym obrotem. Dobiera się go tak, aby umożliwiał wydajne usuwanie materiału, bez niszczenia narzędzia i przedmiotu. Zbyt duży może powodować nadmierne zużycie narzędzia i potencjalnie uszkodzenie – jego oraz obiektu obróbki. Zbyt mały obniża wydajność skrawania. Na ostateczny wybór mają wpływ obrabiany materiał, typ narzędzia i specyfika danej techniki. Przykładowo, miękkie materiały, jak aluminium, wytrzymują większy posuw niż twardsze, jak stal nierdzewna. Ważne są również typ i stan narzędzia. Te ostre, lepszej jakości, mogą pracować z większym posuwem w porównaniu z narzędziami stępionymi. Znaczenie ma też maszyna CNC – te o większej mocy i stabilności mogą działać przy większym posuwie bez uszczerbku dla precyzji obróbki i trwałości narzędzi. Istotne jest także wymagane wykończenie powierzchni – gładsze zwykle wymaga wolniejszego posuwu.

Głębokość skrawania to grubość materiału, którą narzędzie skrawające usuwa w jednym przejściu. Decyduje o wydajności i jakości obróbki. Zazwyczaj wynosi od 0,5 do 2 mm. Jej wartość zależy od obrabianego materiału, możliwości narzędzia i maszyny CNC. Generalnie, w przypadku materiałów miękkich może być większa niż przy skrawaniu twardszych.

Do sterowania narzędziem, czyli określenia ścieżki jego ruchu i parametrów obróbki, wykorzystuje się instrukcje w kodzie G. Stanowią one kombinację liter i cyfr, którym przypisane jest określone znaczenie. Wyróżnić można kilka grup instrukcji. Są to m.in.: polecenia pozycjonowania, zmiany prędkości, rozpoczęcia konkretnej operacji obróbki, offsetu. Przykładowo, polecenie G00 uruchomi szybkie pozycjonowanie obrabiarki, a G81 – prosty cykl wiercenia. Litery X, Y i Z określają położenie w układzie współrzędnych. Polecenie X1 oznacza przesunięcie o jedną jednostkę w osi X. Liczby obok liter A, B i C określają położenie kątowe, a obok liter F i S – posuw oraz prędkość obrotową wrzeciona. Przykładem może być polecenie F200, które oznacza posuw równy 200 jednostkom. Kod M z kolei odpowiada za sterowanie różnymi funkcjami maszyny niezwiązanymi z ruchem, jak m.in. zatrzymanie wykonywania programu, wymiana narzędzia, włączenie chłodzenia.

MASZYNY WIELOOSIOWE

Postęp w dziedzinie obróbki CNC doprowadził do opracowania maszyn wieloosiowych. W ich przypadku narzędzie skrawające, a często i sam przedmiot obróbki, mogą się poruszać w więcej niż trzech kierunkach.

Obróbka 3-osiowa jest najprostszą i najtańszą formą obróbki, dostępną we wszystkich typach maszyn wieloosiowych. Przedmiot obrabiany pozostaje w tym przypadku nieruchomy. W osiach X i Y, równoległych do stołu roboczego, narzędzie skrawające przesuwa się odpowiednio prawo–lewo i przód–tył. W osi Z, prostopadłej do stołu roboczego, porusza się natomiast góra–dół. Maszyny CNC o trzech osiach sprawdzają się, gdy element ma być obrabiany w dwóch wymiarach (2D) lub w dwóch i pół wymiaru (2,5D).

Pomimo dodatkowej osi obrotu w płaszczyźnie X, złożoność detali, które można wykonać w maszynach 4-osiowych, nie wzrasta znacząco. Obróbka 5-osiowa jest z kolei najpopularniejszym typem obróbki wieloosiowej. Oprócz liniowych osi X, Y i Z dostępne są w tym przypadku dwie dodatkowe osie obrotowe, wokół osi X i Y lub X i Z. Zaletą maszyn tego typu jest jednoczesna obróbka wielu powierzchni przedmiotu w trzech wymiarach. Można też użyć krótszego narzędzia skrawającego ze względu na większy zasięg. Ich główne wady to: koszt zakupu i konserwacji, skomplikowane programowanie oraz wymóg wyższych kwalifikacji operatorów. Sprawdzają się głównie w produkcji części 3D, bez skomplikowanej geometrii wewnętrznej.

Obróbka 6-osiowa obejmuje wszystkie trzy osie obrotowe, ale w praktyce nie przewyższa znacząco obróbki 5-osiowej. Obrabiarki 7-osiowe obsługują wszystkie osie liniowe i obrotowe, a dodatkowo obraca się ramię z narzędziem skrawającym. Zwykle jedna z osi pozwala na obracania stołem roboczym a wraz z nim – przedmiotem obróbki. Maszyny tego typu są wysoce precyzyjne, ale drogie. Obróbka 8-osiowa odbywa się przy użyciu dwóch maszyn 4-osiowych jednocześnie. Jest preferowana w przypadku powierzchni zakrzywionych. Z kolei obrabiarki 12-osiowe zazwyczaj wykorzystują dwie głowice skrawające. Każda z nich to samodzielne, 6-osiowe narzędzie, w związku z czym obsługiwane są dwa zestawy po trzy osie liniowe i trzy obrotowe.

NOWOCZESNE MASZYNY CNC

Obróbkę skrawaniem porównuje się często z drukiem 3D, choć obie techniki reprezentują różne podejścia do produkcji – odpowiednio: subtraktywne i addytywne. To pierwsze polega na usuwaniu materiału z bryły w celu nadania jej pożądanego kształtu, podczas gdy w drugim uzyskuje się go przez dodawanie materiału, warstwa po warstwie. W druku 3D wykorzystuje się kilka technologii. Przykładem jest formowanie warstw przez wytłaczanie podgrzanego tworzywa sztucznego. W innej technice w tym celu utwardza się ciekłą żywicę. Można również przy użyciu lasera albo wiązki elektronów stapiać i spajać sproszkowany materiał, warstwa po warstwie. W kolejnej technice natryskuje się materiał, który twardnieje po osadzeniu.

Różnica między podejściem subtraktywnym i addytywnym ma swoje konsekwencje w zaletach i ograniczeniach obu technik. Obróbce skrawaniem można poddać materiały różnego typu. Chociaż w ostatnich latach w druku 3D nastąpił w tym zakresie znaczny postęp, druk np. metali wciąż jest drogi, a gotowe przedmioty nie zawsze dorównują trwałością tym wykonanym na obrabiarkach. Obróbka CNC znacząco przewyższa druk 3D pod kątem tolerancji wymiarów, powtarzalności i jakości powierzchni gotowych przedmiotów, dzięki czemu zazwyczaj nie wymagają one dodatkowego wykańczania. Inaczej jest w przypadku drukowania kolejnych warstw, które mogą być widoczne. Powierzchnia wydruków pozostaje często chropowata i wymaga wygładzenia. Konieczne może być też usunięcie podpór.

Obróbka CNC jest przeważnie szybsza w przypadku produkcji większych części i dłuższych serii. Pojedyncze, małe przedmioty o skomplikowanej geometrii można jednak zazwyczaj wydrukować w krótszym czasie. Skrawanie sprawdza się w przypadku prostszych kształtów, o ostrych krawędziach i z płaskimi powierzchniami, ale generuje również znaczne ilości odpadów materiałowych, często trudne do odzysku w procesie recyklingu, jeśli zostały zanieczyszczone płynami obróbkowymi i chłodziwami. Koszty konserwacji drukarek 3D są z reguły niższe. Dzięki niższym kosztom początkowym preferuje się je w produkcji krótkich serii i prototypów.

Wybór między obrabiarką a drukarką 3D wymaga zatem wzięcia pod uwagę wielu czynników. Alternatywą jest zakup hybrydowej maszyny CNC, łączącej funkcjonalność wytwarzania addytywnego z tradycyjnymi metodami ubytkowymi. Urządzenie takie pozwala uzyskać pożądane wykończenie powierzchni i wąskie tolerancje wymiarowe dla części wytwarzanych „zgrubnie” w technologii druku 3D.

Kolejny trend stanowi integracja maszyn CNC i robotów przemysłowych. Te drugie wykorzystuje się przede wszystkim do obsługi centrów obróbczych. Wśród zadań, które wykonują, wymienić można załadunek materiałów do obróbki i rozładowywanie gotowych przedmiotów. Roboty wyposażone w odpowiednie chwytaki, zastępując w tych czynnościach ludzi, realizują je szybciej i dokładniej. Następne zadanie to wymiana narzędzi. W tym przypadku dzięki robotom można uniknąć konieczności ręcznej interwencji operatora, co poprawia jego bezpieczeństwo. Ponadto systemy wizyjne zintegrowane z robotami ułatwiają przeprowadzanie kontroli jakości na bieżąco, w trakcie procesu obróbki. Roboty są też wykorzystywane w zadaniach takich, jak obróbka wykończeniowa, mycie i pakowanie gotowych przedmiotów.

CIĘCIE LASEREM

Opisane dotychczas techniki obróbki należą do kategorii kontaktowych. Oddzielną grupę stanowią metody bezkontaktowe, do których zaliczane jest m.in. cięcie laserem. Wykorzystuje się je w różnych gałęziach przemysłu, od motoryzacyjnego po lotniczy, ze względu na możliwość szybkiego wycinania skomplikowanych kształtów przy ograniczonych stratach materiału. Zautomatyzowane wycinarki laserowe sterowane komputerowo, w których programuje się ścieżkę oraz intensywność promieniowania laserowego, dodatkowo zapewniają wysoką precyzję i powtarzalność.

W technice tej do przecinania wykorzystywana jest silnie skupiona wiązka lasera, która miejscowo stapia lub odparowuje materiał (patrz ramka: „Mechanizmy cięcia laserem”), przy czym obszar oddziaływania polegającego na jego nagrzaniu pozostaje ograniczony do krawędzi cięcia. Stanowi to kolejną zaletę tej metody.

Promieniowanie jest kierowane na obrabiany przedmiot za pośrednictwem układu luster i soczewek, znajdującego się wewnątrz głowicy tnącej wycinarki. Elementy optyczne precyzyjnie skupiają oraz ukierunkowują wiązkę na powierzchni materiału, zapewniając dużą punktową gęstość energii. Precyzja zogniskowania i dobór natężenia promieniowania decydują o jakości i wydajności cięcia. Podążając zaprogramowaną ścieżką, wiązka wycina pożądany kształt. Częścią przecinarki jest także dysza, która uwalnia gaz wspomagający proces cięcia. Jego wybór zależy od specyfiki materiału oraz oczekiwanej jakości krawędzi. Przykładowo, tlen sprawdza się w przypadku stali węglowej ze względu na to, że wchodzi w egzotermiczną reakcję z żelazem, co wspomaga usuwanie stopionego materiału. Azot natomiast zapobiega utlenianiu i zapewnia czyste cięcie metali nieżelaznych, takich jak aluminium, oraz stali nierdzewnej. Argon jest używany do cięcia materiałów o wysokiej przewodności cieplnej – lub gdy wymagane jest minimalne utlenianie. Dwutlenek węgla zwiększa wydajność cięcia i może zastąpić tlen w niektórych zastosowaniach, zmniejszając reaktywność materiału.

PARAMETRY I MATERIAŁY

Jakość i wydajność cięcia zależą od kilku parametrów. Jednym z nich jest moc lasera, która typowo mieści się w przedziale od 1 do kilkunastu kW, w zależności od typu obrabianego materiału i jego grubości. Ważny jest również rozkład energii promieniowania w przekroju poprzecznym wiązki – w cięciu zazwyczaj wykorzystuje się te o rozkładzie Gaussa. W takim przypadku energia koncentruje się w środku wiązki, a natężenie promieniowania maleje wraz z odległością od osi centralnej. Częstość, z jaką laser emituje impulsy, sięgać może kiloherców. Parametr ten ma wpływ na wydajność cięcia i rozkład ciepła, a odpowiednio dobrany pozwala uzyskać zakładaną jakość krawędzi. Kontrola średnicy wiązki zapewnia dokładne usuwanie materiału i minimalizuje strefy wpływu ciepła, co jest kluczowe w przypadku skomplikowanych wzorów cięcia. Prędkość, z jaką wiązka przesuwa się po powierzchni ciętego materiału, wynosi typowo od 1 do kilkudziesięciu m/min. Powinna być dobrana tak, aby pozwolić na kompromis między wydajnością a jakością, zapewniając precyzyjne cięcie bez uszczerbku dla integralności przedmiotu obróbki. Aby osiągnąć skuteczne usuwanie stopionego materiału, średnica dyszy, którą płynie gaz pomocniczy, musi być dopasowana do średnicy wiązki – ważne też, by był on dostarczany pod odpowiednio wysokim ciśnieniem.

Cięcie laserem to wszechstronna technika obróbki szerokiej gamy materiałów. Najczęściej w ten sposób tnie się metale na potrzeby m.in. branż motoryzacyjnej i lotniczej. Z tworzyw sztucznych – takich jak akryl i poliwęglan – wycina się np. elementy oznaczeń. W branżach meblarskiej i architektonicznej laserem tnie się i zdobi drewno. Tkaniny, takie jak bawełna, poliester oraz nylon, można nim ciąć bez strzępienia, co wykorzystuje się w branżach odzieżowej i tapicerskiej. Ta bezkontaktowa metoda sprawdza się także w nieniszczącym cięciu papieru i tektury, np. w branży opakowaniowej. Laserem tnie się szkło bez odprysków i pęknięć, np. w produkcji szklanych wyrobów dekoracyjnych. Wykorzystuje się go też do wycinania gumowych uszczelnień, podkładek, części aut. Cięcie laserem umożliwia ponadto realizowanie niestandardowych projektów produktów skórzanych, takich jak obuwie, torby i tapicerka.

Monika Jaworowska