Blog

Na czym w ogóle polega cięcie laserem?

Cięcie laserowe to proces termiczny: skupiona wiązka światła uderza w materiał, lokalnie nagrzewa go do temperatury topnienia lub parowania, a stopiony materiał jest usuwany za pomocą gazu technicznego (np. tlenu, azotu lub sprężonego powietrza). Dzięki temu szczelina cięcia jest bardzo wąska, krawędzie gładkie, a powtarzalność wymiarowa wysoka.

Nowoczesne wycinarki laserowe wykorzystują najczęściej dwie technologie źródła:

• laser włóknowy (fiber) – bardzo wydajny przy cięciu metali, szczególnie stali, aluminium i miedzi,
• laser CO₂ – świetny do niektórych tworzyw sztucznych, sklejki, MDF, tkanin, papieru i kartonu.

To, czy dany materiał „polubi się” z laserem, zależy od jego przewodności cieplnej, współczynnika odbicia wiązki, grubości oraz składu chemicznego (dodatki, pigmenty, spoiwa).

Metale konstrukcyjne: stal czarna, nierdzewna i aluminium

Najczęściej kojarzonym materiałem do cięcia laserem jest stal konstrukcyjna. W przypadku stali czarnej laser włóknowy radzi sobie bardzo dobrze – materiał nie odbija nadmiernie wiązki, a proces jest stabilny nawet przy większych grubościach. Typowe zastosowania to cięcie blach na elementy konstrukcji, części maszyn, obudowy i detale dekoracyjne.

Stal nierdzewna jest nieco trudniejsza w obróbce, ale nadal doskonale nadaje się do cięcia laserowego. Przy odpowiednim doborze gazu osłonowego (często stosuje się azot, aby uniknąć przebarwień) można uzyskać czyste, jasne krawędzie, które często nie wymagają dalszej obróbki. To istotne w branży spożywczej, medycznej czy wykończeniowej, gdzie liczy się estetyka i odporność na korozję.

Aluminium, mimo wysokiej przewodności cieplnej i częściowego odbijania wiązki, również jest powszechnie cięte laserem. Wymaga to jednak odpowiedniej mocy i parametrów pracy wycinarki laserowej, a przy większych grubościach – szczególnie precyzyjnego ustawienia ogniskowej i gazu. Zaletą jest szybkie cięcie cienkich blach, wykorzystywanych m.in. w przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym czy reklamowym.

Metale kolorowe i stopy specjalne

Miedź, mosiądz czy brąz jeszcze kilka lat temu były znacznie trudniejsze do cięcia ze względu na bardzo wysoką refleksyjność – duża część energii lasera była po prostu odbijana. Dzisiejsze wycinarki laserowe, szczególnie w technologii fiber, potrafią jednak skutecznie radzić sobie z tymi materiałami, o ile zastosowane zostaną odpowiednie soczewki, powłoki ochronne i systemy zabezpieczeń źródła przed odbitym promieniowaniem.

Miedź i jej stopy są chętnie cięte w branży elektrycznej (szyny, złącza, elementy przewodzące) oraz dekoracyjnej. Trzeba jednak liczyć się z tym, że zakres grubości możliwych do obróbki może być mniejszy niż w przypadku klasycznej stali, a parametry cięcia są bardziej wrażliwe na zmiany jakości powierzchni.

W przypadku stopów specjalnych, takich jak stale trudnościeralne czy żarowytrzymałe, laser pozwala na precyzyjne wycinanie nawet skomplikowanych kształtów. Tu kluczowe jest połączenie odpowiednio dobranej mocy, prędkości posuwu oraz gazu asystującego – tak, aby kontrolować strefę wpływu ciepła i nie pogarszać właściwości mechanicznych materiału.

Tworzywa sztuczne: od PMMA po wybrane plastiki techniczne

Drugą dużą grupą materiałów stosowanych w cięciu laserowym są tworzywa sztuczne. W tym obszarze wciąż bardzo popularne są wycinarki laserowe CO₂, które dobrze współpracują m.in. z:

• PMMA (plexi) – daje bardzo gładką, często niemal „polerowaną” krawędź, co jest ogromnym plusem w reklamie i ekspozycji,
• niektórymi poliwęglanami i polistyrenami – pod warunkiem dopasowania mocy oraz prędkości,
• wybranymi plastikami technicznymi, które nie wydzielają agresywnych oparów.

Należy pamiętać, że nie każde tworzywo nadaje się do cięcia laserem. Materiały zawierające chlor (np. PCV) czy fluor mogą podczas obróbki wydzielać toksyczne, korozyjne gazy, które zagrażają zarówno operatorowi, jak i samej maszynie. Dlatego przed rozpoczęciem produkcji trzeba zawsze sprawdzić, z jakim dokładnie tworzywem mamy do czynienia oraz czy producent dopuszcza obróbkę laserową.

W przypadku tworzyw sztucznych ogromne znaczenie ma też kolor i pigmentacja. Ciemne materiały zazwyczaj lepiej absorbują wiązkę, podczas gdy jasne lub transparentne mogą wymagać wyższej mocy albo innej długości fali.

Drewno, sklejka i materiały drewnopochodne

Drewno i produkty drewnopochodne – takie jak sklejka, płyta MDF czy HDF – bardzo dobrze reagują na cięcie laserowe, zwłaszcza przy wykorzystaniu laserów CO₂. Materiał ulega miejscowemu zwęgleniu, co na krawędzi daje charakterystyczny, ciemny kolor. W wielu zastosowaniach jest to efekt pożądany, szczególnie przy dekoracjach, elementach pamiątkowych, literach czy panelach ażurowych.

Przy grubszym materiale i dużej gęstości trzeba liczyć się z możliwością mocniejszego przypalenia czy drobnych zgrubień na krawędzi. Bardzo istotna jest też jednorodność płyty – w sklejce ze słabszym klejem lub nieregularnymi wkładkami jakość cięcia może być mniej przewidywalna.

Wycinarki laserowe doskonale sprawdzają się przy produkcji krótkich serii, prototypów, modeli architektonicznych czy elementów meblarskich, gdzie liczy się precyzja konturu i możliwość szybkiej korekty projektu.

Szkło, ceramika i materiały kruche

Szkło i ceramika są materiałami trudnymi, ale w określonych zastosowaniach również można je obrabiać laserowo. Zwykle nie chodzi tu o klasyczne „cięcie na wylot” jak w przypadku blachy, ale o mikropęknięcia inicjowane przez wiązkę, które następnie pozwalają na kontrolowane łamanie szkła, albo o grawerowanie powierzchni.

Standardowe wycinarki laserowe używane w metaloplastyce nie zawsze nadają się do szkła – często nie pozwala na to sama długość fali i charakter pracy. W zastosowaniach przemysłowych wykorzystuje się specjalizowane systemy, które pozwalają na precyzyjne kształtowanie krawędzi przy minimalnym ryzyku pęknięć.

Tkaniny, skóra i inne materiały miękkie

Tkaniny techniczne, filc, skóra naturalna i sztuczna, a także różnego rodzaju pianki mogą być bardzo skutecznie cięte laserem. Szczególnie istotne jest tu to, że wiązka jednocześnie tnie i nadtapia krawędź, dzięki czemu wiele materiałów syntetycznych ulega „zaspawaniu” na brzegu – nitki się nie strzępią, a fragment nie wymaga obszywania.

Laserowe cięcie tkanin jest stosowane m.in. w branży odzieżowej, meblarskiej, motoryzacyjnej (wykładziny, poszycia) czy reklamowej (flagi, banery). Kluczowe jest tu precyzyjne pozycjonowanie materiału i stabilne jego naciągnięcie. Zbyt luźny lub pofalowany materiał utrudnia zachowanie wymiarów i może powodować przesunięcia wzoru.

W przypadku skóry liczy się także wygląd i zapach krawędzi – przy nieprawidłowych parametrach można uzyskać zbyt mocno przypaloną strefę, co będzie dyskwalifikować element w produktach premium.

Co decyduje o tym, czy materiał nadaje się do cięcia laserem?

Nie każdy materiał, który da się przeciąć mechaniczną piłą, będzie odpowiedni dla lasera. O przydatności do cięcia laserowego decydują m.in.:

• właściwości optyczne – zdolność do absorpcji danej długości fali; materiały silnie odbijające wiązkę (np. polerowana miedź) są trudniejsze,
• przewodność cieplna i gęstość – im szybciej materiał „odprowadza” ciepło, tym większej mocy i precyzyjniejszego sterowania wymaga proces,
• skład chemiczny – obecność chloru, fluoru lub innych dodatków może skutkować powstawaniem niebezpiecznych oparów i uszkodzeniem optyki,
• grubość i struktura wewnętrzna – materiały porowate, warstwowe lub z wtrąceniami (np. niektóre kompozyty) mogą topić się nierównomiernie.

Dlatego w profesjonalnej produkcji rzadko tnie się „w ciemno”. Właściwą praktyką jest wykonanie serii prób na konkretnym materiale, dopiero później wdrożenie seryjnej obróbki.

Jak dobrać wycinarki laserowe do materiału?

Wyboru wycinarki laserowej nie powinno się opierać wyłącznie na deklarowanej mocy w kilowatach. Znacznie ważniejsze jest to, jakie materiały i w jakich grubościach mają być codziennie obrabiane.

• Do metali (stal, nierdzewka, aluminium, miedź) – najczęściej wybierane są wycinarki laserowe z źródłem fiber. Dają wysoką sprawność energetyczną, dużą prędkość cięcia i dobrze radzą sobie z odbiciami od metali kolorowych.
• Do tworzyw, drewna, sklejki, tkanin – w wielu przypadkach lepszym rozwiązaniem będzie laser CO₂, który oferuje bardzo dobrą jakość cięcia materiałów niemetalowych i daje szerokie możliwości w grawerowaniu.
• Produkcja mieszana – gdy w jednym zakładzie tnie się zarówno stal, jak i plexi czy sklejkę, często spotyka się dwa różne systemy lub hybrydowe parki maszynowe, w których każda wycinarka laserowa ma jasno zdefiniowaną rolę.

Oprócz samego źródła liczą się także: jakość układu optycznego, system odciągu i filtracji (szczególnie istotny przy tworzywach i drewnie), dokładność układów pozycjonowania oraz dostępne oprogramowanie do nestingu, automatyzacji załadunku i zrzutu elementów.

Ograniczenia i najczęstsze błędy przy doborze materiału

W praktyce wiele problemów przy cięciu laserem wynika nie tyle z „nieodpowiedniego” materiału, ile z błędnego podejścia:

• używanie materiałów o nieznanym składzie (np. resztki tworzyw bez oznaczeń),
• ignorowanie informacji producenta o dopuszczalnych metodach obróbki,
• próby cięcia zbyt grubych arkuszy przy niewystarczającej mocy źródła,
• niedocenianie roli jakości powierzchni – zarysowania, zanieczyszczenia czy oleje mogą pogarszać stabilność procesu,
• brak odpowiedniej wentylacji i filtracji, co jest szczególnie istotne przy materiałach organicznych i tworzywach.

Świadomy wybór materiału i prawidłowe skonfigurowanie parametrów pozwalają te problemy zminimalizować i w pełni wykorzystać możliwości, jakie dają wycinarki laserowe.

Cięcie laserowe jest dziś jedną z najbardziej uniwersalnych metod obróbki – od cienkich blach stalowych, przez aluminium i miedź, po plexi, sklejkę, tkaniny i skórę. Każdy materiał zachowuje się jednak inaczej: ma własną charakterystykę absorpcji, przewodzenia ciepła i reakcji na wysoką temperaturę.

Dobrze dobrane wycinarki laserowe oraz właściwe parametry procesu decydują o tym, czy uzyskamy czyste, powtarzalne krawędzie bez nadmiernych odkształceń i przebarwień. W praktyce najważniejsze jest połączenie wiedzy o materiale z doświadczeniem technologicznym – dopiero wtedy cięcie laserem staje się nie tylko szybkie, ale też ekonomiczne i przewidywalne.

Przeczytaj nasz artykuł o optymalizacji czasu cięcia wycinarki laserowej