Lazer Kesim Titanyum

Titanyum, yüksek mukavemeti, düşük yoğunluğu ve mükemmel korozyon direnci ile bilinen metal bir malzemedir. Havacılık, tıbbi ekipman, hassas endüstriyel ekipman ve üst düzey üretim alanlarında giderek daha fazla kullanılmaktadır.

Bununla birlikte, titanyum, özellikle birçok teknik zorlukla karşı karşıya olan kesme işleminde, işlenmesi çok zor bir nesnedir. Lazer teknolojisinin ortaya çıkışı, geleneksel yöntemlerin üstesinden gelemediği sorunları etkin bir şekilde çözerek titanyum işleme için ideal bir çözüm sunar.

Titanyum kesmenin zorlukları

Titanyum, işleme sırasında kontrol edilmesi zor zorluklar sunan benzersiz fiziksel ve kimyasal özelliklere sahiptir. İlk olarak, titanyumun ısıl iletkenliği çok düşüktür, sadece yaklaşık 1/5 alüminyum ve 1/10 çeliktir. Bu, kesme işlemi sırasında ısının yerel olarak birikmesine ve ısıdan etkilenen bir bölge oluşturmasına neden olur. Bu yerel ısı konsantrasyonu, malzeme performansının düşmesine ve hatta deformasyona neden olabilir.

Titanyum, kırılgan TiO₂ ve TiN bileşikleri oluşturmak için yüksek sıcaklık koşullarında, özellikle oksijen ve nitrojen ile oldukça reaktiftir. Bu bileşikler kesimin yüzeyine yapışır, sonraki kaynak veya diğer işlem adımlarını etkiler ve hatta parçaların yorulma direncini azaltır.

Titanyum, düşük bir elastik modüle sahiptir ve mekanik kesme sırasında geri tepmeye eğilimlidir, bu da ciddi takım aşınmasına ve kısa takım ömrüne neden olarak yüksek işleme maliyetlerine yol açar. Bu zorluklar, mekanik frezeleme, delme veya plazma kesme gibi geleneksel işleme yöntemlerinin önünde büyük bir engel teşkil etmektedir ve verimli alternatif süreçlere acilen ihtiyaç duyulmaktadır.

Lazer neden titanyum kesmek için uygundur?

Lazer kesim teknolojisi, yüksek konsantrasyonlu enerji girişi, son derece ince kesme boşluğu genişliği ve temassız işleme özellikleri nedeniyle titanyum işlemede ısı birikimi ve takım aşınması sorunlarını çözmek için çok uygundur.

Lazer, enerjinin çoğunu çok küçük bir alana (genellikle 0,3 mm'den daha az noktaya) odaklayabilir ve titanyum malzemelere büyük alanlı termal hasarı etkili bir şekilde önleyebilir. Yüksek saflıkta nitrojen veya argon gibi yardımcı inert gazların kullanılmasıyla, titanyum malzemenin kesme alanında oksitlenmesi önlenebilir ve malzemenin yüzey saflığı korunabilir.

Lazerler özellikle titanyum ince plakaların (0,1-6 mm) ve orta ve kalın plakaların (6-10 mm) hassas kesimi için uygundur ve havacılık motor bileşenleri, tıbbi implantlar ve karmaşık mekanik parçalar gibi üst düzey alanların üretiminde bariz avantajlar göstermiştir.

Farklı lazer kesim titanyum teknikleri

Fiber lazer kesim titanyum

Titanyumun fiber lazer kesimi, endüstride en yaygın kullanılan teknolojilerden biridir. Yaklaşık 1064 nm dalga boyuna sahip yakın kızılötesi lazerler kullanır. Olağanüstü avantajlara, yüksek enerji yoğunluğuna sahiptir ve kiriş, odaklandıktan sonra titanyum yüzeyi hızla eritebilir, dar ve temiz bir kesme dikişi (genellikle 0,1-0,3 mm genişliğinde) oluşturur. Isıdan etkilenen bölge son derece küçüktür (genellikle <0.1 mm), which can effectively avoid thermal deformation and performance degradation of titanium materials.

Fiber lazer kesim hızlı ve hassastır ve özellikle hassas havacılık parçaları, tıbbi ekipman ve elektronik ekipman muhafazaları gibi titanyum ince plakaların (0,1-6 mm) ve orta kalınlıktaki plakaların (6-12 mm) ince işlenmesi için uygundur. Düşük bakım maliyetleri, düşük enerji tüketimi ve güçlü çalışma kararlılığı, fiber lazeri titanyum işleme için ana seçim haline getirir.

CO2 lazer kesim titanyum

Bir CO₂ lazerin dalga boyu, uzak kızılötesi aralığa giren 10.600 nm'dir. Titanyum, bu dalga boyu için nispeten düşük bir absorpsiyon oranına sahiptir, bu da titanyumu keserken fiber lazerlere kıyasla biraz daha düşük enerji verimliliği sağlar. Bununla birlikte, CO₂ lazerler, ağır hizmet uygulamalarındaki istikrarlı performansları nedeniyle kalın titanyum plakaların işlenmesinde hala önemli bir rol oynamaktadır.

CO₂ lazer kesim, özellikle aşırı işleme doğruluğu gerektirmeyen ancak stabilite ve yüksek güç gerektiren ortamlar için titanyum kalınlığındaki plakaların (8 mm'nin üzerinde) endüstriyel olarak işlenmesi için uygundur. Genellikle titanyum yapısal parçaları, boruları, kapları veya büyük endüstriyel parçaları işlemek için kullanılır. Ekipman maliyeti yüksektir ve güç tüketimi büyüktür, ancak uzun vadeli kararlılığı ve kalın levha işleme yetenekleri hala olağanüstüdür.

Nd: YAG lazer kesim titanyum

Nd:YAG lazerler ayrıca yaklaşık 1064 nm'lik bir dalga boyuna sahiptir, ancak genellikle darbelerde enerji verir ve geleneksel katı hal lazer cihazlarıdır. Enerji yoğunlukları ve kesme verimlilikleri modern fiber lazerler kadar iyi olmasa da, son birkaç on yılda titanyum malzemelerin mikro işlenmesi ve ince işlenmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Nd: YAG lazerin avantajı, mikro delik kesme, hassas kaynak ve hassas titanyum parçaların tıbbi implant üretimi için uygun olan yüksek darbe enerjisidir. Son yıllarda, fiber lazer teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, Nd: YAG lazer yavaş yavaş değiştirildi, ancak yine de belirli tıbbi hassas parçalarda veya özel senaryolarda belirli bir uygulama değerini koruyor.

Yeşil lazer kesim titanyum

Yeşil lazerin dalga boyu yaklaşık 532 nm'dir. Titanyum, bu dalga boyundaki lazerler için daha yüksek bir absorpsiyon verimliliğine sahiptir, bu da kızılötesi lazerlerden daha küçük bir ısıdan etkilenen bölge ve daha yüksek işleme doğruluğu elde edebilir. Özellikle ince titanyum levhaların hassas kesimi ve mikro işlenmesi için uygundur.

Yeşil lazer, tüketici elektroniği kabuklarının hassas kesiminde, mikroelektronik bileşenlerin üretiminde ve minimal invaziv tıbbi cihazların üretiminde olağanüstü avantajlarını göstermiştir. Oksit oluşumunu etkili bir şekilde önleyebilir, işlenmiş yüzeyin kalitesini artırabilir ve katı yüzey doğruluğu ve kalite standartlarını karşılayabilir.

Disk lazer kesim titanyum

Disk lazer, fiber lazerin özelliklerine yakın olan, yaklaşık 1030 nm dalga boyuna sahip yeni bir katı hal lazer türüdür, ancak güç genişletme kabiliyeti daha güçlüdür ve birkaç kilowatt'lık yüksek güç çıkışına kolayca ulaşabilir. Disk lazer, özellikle daha kalın titanyum plakaların ve büyük boyutlu titanyum parçaların endüstriyel ölçekte işlenmesi için uygun olan yüksek stabiliteye ve mükemmel ışın kalitesine sahiptir.

Otomotiv endüstrisi için büyük havacılık bileşenlerinin, ağır ekipman parçalarının ve titanyum parçaların imalatında, disk lazerler, endüstriyel sınıf hassasiyetle hızlı ve istikrarlı bir şekilde verimli kesim sağlayabildikleri ve nispeten düşük işletme maliyetlerine ve kolay bakıma sahip oldukları için önemli avantajlar göstermiştir.

Titanyumun ultra hızlı lazer kesimi

Ultra hızlı lazer teknolojisi esas olarak pikosaniye (10 ⁻ ¹² saniye) ve femtosaniye (10 ⁻ ¹ ⁵ saniye) lazerleri ifade eder ve dalga boyları genellikle 1030 nm'de veya yeşil dalga boyları 515 nm'de olur. En büyük avantajı "soğuk işleme" dir. Son derece kısa darbe süresi nedeniyle, malzeme, ısıdan etkilenen bölge ve kenar erimesi olmadan önemli bir ısı iletimi meydana gelmeden önce buharlaştırılır ve uzaklaştırılır.

Bu nedenle, ultra hızlı lazerler özellikle ısıya duyarlı veya hassasiyet ve yüzey kalitesi için son derece yüksek gereksinimleri olan senaryolar için uygundur. Örneğin, tıbbi cihaz stentleri, titanyum mikro delik işleme, hassas elektronik bileşenler vb. Bu teknoloji nispeten pahalı olmasına rağmen, üst düzey üretim için benzersiz hassasiyet ve kalite sağlar.

Titanyum lazer kesimin temel faydaları

Lazer kesim teknolojisi, geleneksel işleme veya plazma kesime göre önemli avantajlara sahiptir. İlk olarak, lazer kesim malzeme ile doğrudan temas gerektirmez ve takım aşınmasına ve mekanik strese neden olmaz.

Lazer kesim son derece yüksek hassasiyete ve kontrol edilebilirliğe sahiptir. Kesme dikişi genişliği 0,1-0,3 mm arasında kontrol edilebilir ve ısıdan etkilenen bölge genellikle 0,1 mm'den azdır.

Lazer işleme, kalıplara veya özel aletlere ihtiyaç duymadan karmaşık geometrilerin işlenmesini esnek bir şekilde gerçekleştirebilir, ön maliyetlerden tasarruf sağlar ve ürün geliştirme döngülerini kısaltır.

Ek olarak, lazer kesim, verimli toplu işleme ve küçük parti özelleştirmesi elde etmek, üretim maliyetlerini azaltmak ve pazar yanıt hızını artırmak için otomatik CNC sistemleri ve CAD tasarım yazılımı ile sorunsuz bir şekilde entegre edilebilir.

Lazer kesimin tipik kusurları

Oksidasyon ve yüzey renk değişikliği

Titanyum, yüksek sıcaklıklarda havadaki oksijenle kolayca reaksiyona girerek bir oksit filmi oluşturur, bu da yüzey renginin koyulaşmasına ve "karanlık değişim" fenomeni oluşturmasına neden olur. Bu sadece görünümü etkilemekle kalmaz, aynı zamanda yüzey özelliklerini de değiştirebilir.

Oksidasyonu önlemek için, etkili bir oksijen bariyeri oluşturmak için lazer kesim alanından önce ve sonra çift katmanlı yüksek saflıkta nitrojen perdesi düzenlenmesi önerilir. Aynı zamanda, yüksek hızlı bir soğutma stratejisi ile birleştiğinde, kesimin etrafındaki sıcaklık hızlı bir şekilde düşürülebilir ve bu da oksidasyon reaksiyonlarının oluşumunu büyük ölçüde engelleyebilir.

"Karanlık" olgusu

Aksaklık

Cüruf ve çapaklar

Kesimden sonra cüruf kesimin kenarına yapışır veya çapak oluşturur, bu da hassasiyeti ve ikincil işlemeyi etkileyen önemli bir sorundur. Sebepleri çoğunlukla yetersiz yardımcı gaz akış hızı, kararsız gaz basıncı veya odak kayması ile ilgilidir.

Cüruf giderme etkisi, kesme gazının basıncının ve akış oranının hassas bir şekilde kontrol edilmesiyle, özellikle nozul ile malzeme arasında sabit bir mesafe sağlanarak geliştirilebilir. Kaymayı önlemek için odak konumunu kontrol etmek, alt cürufu ve üst kenar çapaklarını da azaltabilir.

Mikro çatlaklar ve termal gerilme çatlakları

Lazer kesim sırasındaki yüksek termal gradyanlar, özellikle kalın plakalarda veya yüksek mukavemetli titanyum alaşımlarında malzemenin kenarında kolayca mikro çatlaklar oluşturabilir. Ultra hızlı lazerlerin kullanımı, ısı girişini etkili bir şekilde azaltabilir ve çatlak oluşumunu engelleyebilir. Aynı zamanda, düşük güçlü çoklu taramaların ve geri dönüş yolu stratejilerinin kullanılması, malzemeyi katman katman soyabilir, tek seferlik termal şoku azaltabilir ve genel kesme kalitesini ve kenar bütünlüğünü iyileştirebilir.

Endüstri uygulamaları

Lazer kesim, titanyum alaşımlı bal peteği yapısının, kaplamaların ve motor ısı kalkanlarının karmaşık kavisli yüzeylerinin işlenmesi için havacılık üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu tür yapılar, geleneksel mekanik işleme ile karşılanması zor olan son derece yüksek boyutsal doğruluk ve kenar temizliği gerektirir. Lazer teknolojisi, temassız, yüksek odaklı enerji ile hassas kesim sağlayarak montaj doğruluğunu ve genel gücü etkin bir şekilde sağlar.

Tıbbi cihaz endüstrisinde, titanyum vasküler stentler ve ortopedik implantlar çoğunlukla, boyut ve şekil kontrolü için son derece yüksek gereksinimleri olan ince duvarlı mikrotüplerden yapılır. Ultra kısa darbeli lazer kesim teknolojisi, ısıdan etkilenen bölgeler oluşturmadan 0,5 mm'nin altındaki titanyum mikrotüplerin çapaksız işlenmesini tamamlayabilir ve mevcut ana akım üst düzey çözümlerden biridir.

Üst düzey tüketici elektroniği alanında titanyum, hafifliği, tokluğu ve parmak izi bırakmama performansı nedeniyle üst düzey cep telefonu kılıfları ve özelleştirilmiş saatler için önemli bir malzeme haline geldi. Lazer kesim teknolojisi, sadece görsel estetiği karşılamakla kalmayıp aynı zamanda sonraki montaj doğruluğunu da sağlayan ince kanal açma, LOGO gravür ve özel şekilli işleme için kullanılır.

Lazer kesim ve su jeti kesim

Titanyum işlemede, lazer kesim ve su jeti kesim iki yaygın ve verimli işlem seçeneğidir. Her birinin kesme hassasiyeti, termal etki, maliyet kontrolü vb. konularda kendi avantajları vardır ve farklı uygulama gereksinimleri için uygundur.

Charco size yardımcı olabilir mi?

Chalco'nun titanyum ürünleri

Chalco, titanyum malzemelerin araştırma, geliştirme ve tedarikine odaklanmaktadır. Ürünleri arasında titanyum plakalar, titanyum çubuklar, titanyum tüpler, titanyum folyolar, titanyum dövme parçalar ve eksiksiz özelliklere ve istikrarlı performansa sahip çeşitli özelleştirilmiş titanyum profiller bulunur. Malzemeleri, havacılık, denizcilik mühendisliği, elektronik üretimi ve son derece yüksek korozyon direnci ve yüksek özgül mukavemet gerektiren kimyasal ekipman gibi kilit alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

Titanyum plaka

Titanyum çubuk

Titanyum tüp

Titanyum dövme parçalar

Titanyum profiller

Titanyum bobin

Chalco tarafından sağlanan işleme ve destek hizmetleri

Chalco, yüksek kaliteli titanyum ürünleri sağlamanın yanı sıra, lazer kesim, su jeti ile kesme, tel kesme vb. gibi çeşitli yüksek hassasiyetli işleme yöntemlerini kapsayan eksiksiz bir titanyum malzeme derin işleme kapasitesine de sahiptir. Şirket, 0,3 mm ultra ince titanyum folyodan 30 mm kalınlığında titanyum levhaya kadar istikrarlı kesme gereksinimlerini karşılayabilen çok güçlü lazer ekipmanı (500W-6000W), yüksek basınçlı su kesme sistemi ve yüksek frekanslı tel kesme makinesi tezgahları ile donatılmıştır, hem hassasiyet hem de verimliliği dikkate alarak.

Özelleştirilmiş hizmetler açısından Chalco, çizimlere göre kesmeyi, özel şekilli işlemeyi, parti düzeni optimizasyonunu destekler ve parçaların performansını ve görünüm kalitesini kapsamlı bir şekilde iyileştirmek için çapak alma, anotlama, kumlama ve mekanik parlatma gibi tek elden yüzey işleme süreçleri sağlar. Aynı zamanda, fabrikadan çıkmadan önce her iş parçasının kalitesini doğrulamak için gelişmiş boyutsal algılama ve tahribatsız muayene (ultrasonik, penetrasyon) sistemleri ile donatılmıştır.

Tıbbi cihazlar ve havacılık parçaları gibi yüksek talep gören alanlar için Chalco, parti stabilitesi, malzeme izlenebilirliği ve yüksek tutarlılık sağlamak için ISO 13485 ve AS9100 uluslararası kalite sistemlerine uygun özel süreç akışı oluşturmuştur. İster tek parça hızlı prototipleme ister toplu teslimat olsun, verimli yanıt ve kısa döngülü teslimat elde edilebilir, bu da müşteriler için üretim süresinden ve kalite maliyetlerinden tasarruf sağlar.