0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как работает лазерная резка металла?

Лазерная резка: специфика процесса, оборудование, материалы

Из школьного курса элементарной физики вы знаете о сильном тепловом воздействии сфокусированного света. Познавательный трюк с увеличительным стеклом ясно показывает возможности преломленного потока солнечного луча.

Принципом действия работы лазера может служить его перевод с английского: усиление света вынужденным излучением. По-простому — это световое излучение, вызванное атакой фотонов на рабочую среду с усилением за счет ответной реакции. Световой поток через систему оптических призм и зеркал фокусируется в узконаправленный луч импульсной или непрерывной модуляции. Мощность и интенсивность лазера зависит от используемого активатора и сложности резонирующих систем.

В качестве первичного активного вещества используют все возможные агрегатные состояния: твердое, газообразное, жидкое и плазменное. Важнейшим критерием является способность к возбуждению и отдаче свободных квантов-фотонов. Накачка первичных световых атомов производится разными способами. Это может быть сфокусированное солнечное излучение, специальные лампы, другие лазеры, электрическое воздействие или химические процессы. Для увеличения силы потока делают многоуровневые атакующие каскады. В основе резонаторов применяют плоскопараллельные и сферические зеркала или их комбинации. Главный параметр хорошего прибора — устойчивое сохранение светового луча и его точная фокусировка.


Принцип лазерной резки

Первый лазер был сделан на рубине в 1960 году, он работал в инфракрасном диапазоне и являлся началом эры световых помощников человека. История развития прикладной квантовой науки шла по пути усиления первоначальных систем накачки и совершенствования оптических резонаторов для достижения мощного и управляемого луча. Выискивались новые рабочие среды, были испробованы и получили путевку в жизнь лазерные установки на красителях, на свободных электронах, химические модели и полупроводниковые исполнения.

Как работает лазерная резка

Лазерная резка металла от 1 детали может производиться разными способами: при помощи кислорода, с использованием смеси газов (аргона или азота), с помощью сжатого воздуха. Выбор газа для резки лучом зависит от того, из какого материала состоит деталь, какую толщину имеет заготовка, предстоит ли дальнейшая обработка. Например, использование кислорода позволяет добиться максимально высоких температур при резке, а аргон будет незаменим при нарезании титана и циркония.

лазерная резка металла

Современные лазеры предназначены для раскраивания металла толщиной от 0,2 мм до 40 мм. Принцип лазерной резки состоит в том, что луч обеспечивает возгорание, плавление, испарение, выдувание газовой струей материала того участка, на который он направлен.

В зависимости от тела, которое генерирует луч, можно выделить три типа оборудования для листовой лазерной порезки:

  • Твердотельные лазерные станки. Снабжены диодом и стержнем, состоящим из рубина, граната либо неодимового стекла. Мощные лампы направляют заряд энергии на оптический стержень, который осуществляет ее проекцию на рабочую поверхность. Фокусировка осуществляется в том числе благодаря зеркалам и призме. Твердотельное оборудование предназначено для разрезания меди, алюминия, алюминиевых сплавов, латуни.
  • Волоконные. Генератором луча служит оптоволокно. Современные станки оснащены опцией быстрой настройки размера фокального пятна, благодаря чему значительно повысилась производительность нарезки деталей из меди, стали, алюминия.
  • Газовые. В качестве генератора выступают газы – обычно гелий, углекислый газ и азот. Они под давлением поступают в газоразрядную трубку, активируясь при этом электрическими импульсами. Преимущество лазерной резки газовыми станками в том, что ей подлежат даже высокопрочные сплавы.

Описание технологии

При применении лазерной резки вальцуемый металл подвергается влиянию эффектов отражения и поглощения излучения от лазера. Изменение габаритов и формы элементов при лазерной обработке достигается благодаря воздействию двух результатов излучения: плавления и испарения. Описание процесса заключается в следующем:

  • Лазерный луч оказывает воздействие на железо в определенной точке.
  • Сначала элементы оплавляются до оптимальной температуры, потом начинается процесс плавки металла.
  • В фазе плавления возникают углубления.
  • Влияние энергии излучения лазера приводит ко 2 фазе процесса — кипит и испаряется металлическое вещество.

Однако, последний механизм требует высоких энергозатрат и осуществим лишь для достаточно тонкого металла. Поэтому на практике резку выполняют плавлением. При этом в целях существенного сокращения затрат энергии, повышения толщины обрабатываемого металла и скорости разрезания применяется вспомогательный газ, вдуваемый в зону реза для удаления продуктов разрушения металла. Обычно в качестве вспомогательного газа используется кислород, воздух, инертный газ или азот. Такая резка называется газолазерной.

Управление станком для лазерной резки деталей

Автоматизированный станок для нарезания металла лазером состоит из непосредственно лазера, снабженного источником питания, системы управления, а также контура, обеспечивающего передачу излучения в зону резки. По принципу действия это излучение напоминает плазменную дугу или газовое пламя, однако имеет гораздо большую концентрацию мощности – до 5 000 Вт.


станок для лазерной резки металла

Управление лазерным станком довольно несложное. Для осуществления лазерной резки деталей расходный материал фиксируется на рабочем столе. Затем в блок управления задаются параметры будущей детали (длина, ширина), указываются тип и толщина листового металла. Откалибровка фокуса и выбор расстояния от резака до разрезаемой поверхности происходит автоматически. В автоматическом режиме происходит и температурный контроль. Если технический процесс требует подачи вспомогательных газов, то к аппаратуре необходимо подключить баллоны с необходимым веществом. Для этого предусмотрены патрубки, снабженные клапанами. Защитный кожух ограждает оператора и прочий персонал от мелких частиц металла.

Зависимость цены

Зачастую, на рынке лазерных станков можно столкнуться со следующей ситуацией: казалось бы, одинаковые по техническим характеристикам аппараты должны и стоить одинаково, ведь у них могут даже совпадать размеры рабочего стола? Но стоимость, прежде, всего будет складываться из общей комплектации и качества отдельных частей. А к таковым можно отнести:

  • Корпус;
  • Размер стола;
  • Лучевую трубку;
  • Разогревающий блок;
  • Блок электропитания;
  • Двигатели и иные управляющие элементы.

Также, немалое влияние на цену окажут и дополнительные опции, такие, как устройство защитного отключения, наличие вытяжки, наличие поворотного устройства, наличие фото- видеокамеры и т. п.

Стоит упомянуть, что для сложнотехнических устройств всегда и везде большую роль играет имя производителя. Действительно, маленькие, никому неизвестные компании могут привлекать потенциального покупателя крайне бюджетными ценами своего оборудования, но вот найти среди подобных образцов по настоящему хорошую технику сложно. И приобретая у подобных фирм лазерный аппарат, пользователь рискует заплатить двойную цену, которая выльется его частый ремонт.

Визуально отличить хорошую модель можно даже просто взглянув на корпус. Если он изготовлен из тонколистового металла, в нем установлены дешевые шарнирно-валовые направляющие, то такой станок вряд ли приспособлен к работе на высоких скоростях. Большой разгон будет создавать дополнительные вибрации, что неизбежно приведет к нарушению правильности линий разреза или производству неровной гравировки. Также стоит обратить на возраст компании-производителя – оптимальными считаются цифры в 3 – 5 лет. Возраст в 9 лет и более уже говорит о заслуженном месте на рынке. И дополнительно стоит обговорить с продавцом вопросы сервисного обслуживания – если предлагается пожизненная гарантия или хотя бы 5-летний сервисный срок, то такой продавец заслуживает доверия.

Лазерная резка каких материалов возможна

Резка лазерным лучом возможна, если основной материал – это:

  • Сталь обычная. Максимальная толщина стального листа должна не превышать 20 мм, в противном случае нужно обратиться к другому методу.
  • Сталь нержавеющая. Ограничение по толщине составляет 16 мм. Именно при таких показателях удастся избежать возникновения облоя или же его можно будет удалить без последствий. Лазерная резка нержавеющей стали толщиной более 16 мм возможна только в расплавном режиме, и зона резки будет шершавой и с трудноудаляемыми излишками материала.
  • Латунь. Для лазерной резки этого металла подойдут листы толщиной не более 12 мм, поскольку сопротивление материала довольно велико. Накопления облоя не избежать, однако он ликвидируется легко.
  • Сплав алюминия. Можно резать лист металла толщиной не более 10 мм. Также образуется облой в зоне резки.

лазерная резка алюминия
Каждому типу металла соответствует своя разновидность лазера.

Внимание! Принцип лазерной резки неприменим для следующих металлов: вольфрам, титан, латунь, молибден, оксидированный алюминий. Все они обладают высокой прочностью, которая приводит к выходу лазерного оборудования из строя.

Работа без системы охлаждения

Работать совсем без системы охлаждения невозможно. Мы думаем, что все это прекрасно понимают. При перегреве трубки появляются микротрещины, она теряет в мощности и преждевременно выходит из строя.

Если вам нравится мастерить что-то своими руками, вы, конечно, можете придумывать пивные охладители, кулеры от девятки, вентиляторы и прочие хендмейд разработки.

Но нужно тщательно следить, чтобы в самодельный охладитель не попадал даже самый мелкий мусор, потому что он оседает на трубке и тоже негативно влияет на срок её службы. Если вы хотите работать без заморочек, то гораздо проще купить уже готовый чиллер. Например, CW-5000 и забыть о такой проблеме, как охлаждение.

Чиллер имеет замкнутый контур, и вода не контактирует с внешней средой. Главное, остаётся только раз в полгода менять воду и поглядывать на табло во время работы.

И самое главное — не забывайте включать систему охлаждения перед работой.

Преимущества и недостатки лазерной резки

Лазерная резка имеет ряд положительных качеств. Например:

  • При ее проведении отсутствует механическое воздействие на обрабатываемую поверхность. Благодаря этому можно нарезать материалы, которые при обычной резке получили бы повреждения или деформировались.
  • Обработке подлежат многие виды металлов, в том числе сплавы алюминия и различные типы стали.
  • Чаще всего лазерная резка листового металла не сопровождается возникновением облоя. В противном случае он легко удаляется с поверхности, не оставляя царапин.
  • Детали при нарезании не нагреваются. Можно применять лазерную резку листа даже для тех металлов, которые имеют высокую теплопроводность.
  • Раскрой материала полностью автоматизирован. Погрешность при нарезке составляет не более 0,1 мм, процент отходов минимален. Это позволяет снизить себестоимость производства.
  • Высокая производительность лазерного оборудования, в итоге – значительно экономится время резки.
  • Нет необходимости приобретения дорогостоящих молдов или пресс-форм.
  • Универсальность оборудования. С помощью приспособления для лазерной резки металла можно изготавливать самые различные типы деталей.
  • В случае необходимости, оборудованием для резки листовых металлов можно осуществлять фрезеровку и высверливание отверстий нужного диаметра и глубины.
  • Есть возможность гравировки поверхностей.


резка металла лазером

Преимущества лазерной резки сопровождаются некоторыми недостатками:

  • Листовой металл, подлежащий резке лазером, не может быть толще 40 мм, а его площадь – больше 1500 на 3000 мм.
  • Этот способ резки относительно дорог.
  • Невозможно производить внутреннюю резьбу.
  • Необходима настройка оборудования перед каждым использованием.

Лазерная резка деталей: примеры

Прибегнув к лазерной резке, вы за относительно короткий промежуток времени можете получить детали, применяемые в машиностроении; комплектующие для торгового оборудования (в том числе стеллажей, шкафов, поддерживающих установок, полок и т.д.); декоративные элементы для дизайна помещений; детали для вывесок, бигбордов и прочих рекламных носителей; трафареты, шаблоны и многое другое. Пользуются популярностью и резаные лазером элементы отопительного оборудования — печей, дымоходов, котлов, и детали ограждений, ворот. Принцип лазерной резки применяется при изготовлении многих деталей лифтового оборудования и вендинговых аппаратов.

детали, нарезанные лазером

Как можно заметить, лазерной резкой пользуются в тех случаях, когда необходимо получить высококачественные детали с минимальной шириной реза, гладкими и ровными краями, и при этом есть возможность пренебречь некоторым изменением цвета изделия в месте раскройки.

Что лучше — резка металла лазером или плазмой

Плазменная резка отличается от лазерной тем, что проплавление металла производится при помощи плазменной дуги, в то время как плазменная струя удаляет расплав. Резку плазмой применяют для обработки тонколистового металла, однако экономически целесообразно использовать для толстых поверхностей: меди (до 80 мм), чугуна (до 90 мм), алюминия (до 120 мм), сталей (до 150 мм). Хорошее качество отверстий гарантировано в случае, если их диаметр будет не меньше диаметра поверхности, разрезаемого плазмой. Нижние кромки отверстий, как правило, меньше верхних. Поверхность реза конусная и составляет от 3 до 10 градусов.

Про особенности плазменной сварки можно прочитать здесь.

Эксплуатация лазера имеет наибольшую эффективность при нарезке стали толщиной до 6 мм. Сфокусированное лазерное излучение производит качественные узкие резы, диаметр произведенных отверстий в нижней части имеют несколько больший размер, чем в верхней. Отклонение кромки реза от заданных параметров – около 0,5 градуса.

Выбирая между плазмой и лазером, стоит ориентироваться прежде всего на тип и толщину материала, подлежащего обработке. Кроме этого, стоит учесть, что лазерное оборудование имеет большую цену, однако при необходимости вырезания большого количества отверстий в детали часовая стоимость использования плазменного станка выше.

Лазерная резка металла: особенности и специфика

Лазерная резка – это метод раскроя и резки металла, который подразумевает использование высокомощного лазера: воздействие на объект осуществляется с помощью высоких температур. Результат – быстрая и аккуратная работа. Благодаря лазерной резке можно создавать оригинальные, необычные формы, что гораздо сложнее делать с помощью механического воздействия. Лазерная резка считается сегодня одной из самых современных и передовых технологий в металлообработке

Принцип работы

Во время раскроя материала в область реза посылается мощное лазерное излучение. Его направление контролирует компьютер. Оборудованию удается сконцентрировать колоссальную энергию на миниатюрном участке металла. Это позволяет предельно точно проводить резку. Под воздействием лазера разрезаемый участок материала загорается и расплавляется, после чего либо сам испаряется, либо выдувается газовой струей.

В процессе работы отсутствует механическое воздействие на поверхность металла. Благодаря этому во время резки невозможно повредить материал. Данная технология безопасна для нежестких деталей и металлов, которые легко деформируются. С помощью лазерной резки можно раскраивать практически любой металл. Универсальность – одно из важных преимуществ данной технологии.

Особенностью лазерной резки является то, что после завершения процедуры деталь можно сразу передавать на следующий этап производства. Никакой дополнительной обработки не требуется. Отсутствуют «рваные» места, сколы и прочие дефекты, которые требуют вмешательства. Это важно с точки зрения экономии времени.

Используемое оборудование

  • Для проведения лазерной резки применяются аппараты, использующие в работе газовые, волоконные и твердотельные лазеры. В некоторых установках подвижным является лист металла, а источник лазера находится в статичном положении. Существуют модели, где все наоборот: лист неподвижен, а лазерная «указка» движется по заданной траектории. Такой способ называется «летающей оптикой». Лазер может воздействовать на материал непрерывно, а может посылаться в область реза импульсами.
  • Сегодня принято использовать газовые и твердотельные установки. Наиболее мощные – газовые. Они имеют мощность до 20 кВт. Эти показатели позволяют обрабатывать металл со скоростью 60 м/ч. Особо мощными являются газодинамические лазеры.
  • Твердотельные модели работают за счет стекла с присадкой ионов или рубина. Мощность этого оборудования не превышает 6 кВт. Следовательно, для резки прочных металлов оно не подходит. Твердотельные установки применяются для обработки малых деталей.
  • Лазерная установка во время работы продуцирует большое количество тепла. Важно, чтобы система охлаждения была эффективной и работала исправно. Для снижения температуры может использоваться воздух или теплоноситель.
  • В стандартную комплектацию установки входит сам лазер, система перемещения луча, газовая защита и система фокусировки. Несмотря на технологичность такого оборудования, его монтаж и настройка не требует большого количества времени и сил.
  • На рынке наибольшей популярностью пользуются установки для лазерной резки от таких брендов: Abamet, TRUMPF, Aramis, Mitsubishi, LSEL.

Преимущества и недостатки технологии

Еще недавно лазерная резка была в диковинку. Сегодня это распространенный в Украине метод обработки металла. Причина популяризации технологии – важные достоинства, которыми она обладает. Разумеется, не обошлось и без недостатков. Рассмотрим обе стороны медали.

Плюсы

  • Высокая точность. Лазер – это луч диаметром в несколько миллиметров. С его помощью можно вырезать различные декоративные элементы, создавать детали, обладающие дизайнерской ценностью.
  • Скорость работы. Лазер моментально расплавляет металл и испаряет его. Этот процесс занимает гораздо меньше времени, чем резка механическим способом.
  • Экономный расход металла. Как уже упоминалось выше, луч, генерируемый установкой, крайне мал. Следовательно, область нагрева металла также миниатюрна. Это означает, что расход металла во время работы минимальный. Кроме того, отсутствует риск повредить материал, чего не скажешь о механической обработке.
  • Отсутствует необходимость «дорабатывать» металл. Об этом преимуществе упоминалось выше. Обработанную деталь или лист можно сразу отправлять на следующий этап производственного процесса. Экономится время и силы работников.
  • Гладкость среза. Лазер разрезает металл ровно. Заусенцы не появляются ни во время проведения разреза, ни после остывания материала.
  • Простота использования. Дабы установка начала работу, в нее нужно загрузить чертеж, который может быть изготовлен с помощью любого чертежного программного обеспечения.
  • Возможность изготавливать детали из остаточных листов металла. С помощью лазерной резки можно обрабатывать миниатюрные куски металла, которые при других обстоятельствах пришлось бы выбросить. Высокоточный лазер выполняет «ювелирную» работу даже в таком случае.
  • Быстрая перенастройка оборудования. Благодаря использованию современного программного обеспечения техника может быть перенастроена для проведения работы другого типа в краткие сроки. Не нужно серьезно вмешиваться в работу установки, как это бывает при использовании механических агрегатов.
  • Мощности лазера хватает для резки материалов, изготовленных из твердых сплавов: например, закаленной стали.

Минусы

  • Дорогое оборудование. Установки для лазерной резки – недешевая техника. Ранее их могли позволить себе лишь единицы. Сегодня цены пошли на спад, но все равно для большинства производств такое оснащение является недоступным. Хотя этот недостаток частично нивелируется в процессе использования установки: о ее экономности было упомянуто выше.
  • Наличие ограничения по толщине листа металла. Оборудование не справляется с материалами толще 20 мм. Это ограничение объясняется особенностями лазерного луча и не зависит от установки, которую вы используете для резки.
  • Отсутствие возможности обрабатывать металлы с отражающими свойствами: например, алюминий в чистом виде. Лазер – это поток частиц, который может быть отражен. Если вам предстоит обрабатывать такой металл, используйте механические технологии резки.
  • Низкий коэффициент полезного действия. У оборудования для лазерной резки металла этот показатель находится на уровне 15%. Этот недостаток сказывается на обработке материала толще 12 мм. Тратится больше энергии и времени.
  • Риск выхода из строя программного обеспечения. Даже если главные элементы установки будут исправно работать, при программном сбое оборудование не сможет корректно выполнять работу. ПО у современной техники надежное, но все же этот условный недостаток нельзя списывать со счетов.

Какие металлы обрабатываются с помощью лазерной резки

Идеальный вариант с точки зрения качества и скорости работы – металл с низкой теплопроводностью. Например, сталь, железо. Тепло, передаваемое лазером, концентрируется на небольшом участке листа, что приводит к быстрому расплавлению. Хуже обстоят дела с металлами, которые обладают высоким показателем теплопроводности: к примеру, медь. Тепло от лазера быстро распространяется по листу или детали, что заставляет тратить больше энергии и времени на резку. Кроме того, в данном случае есть риск формирования гратов (неровностей).

Лазерную резку принято использовать при обработке следующих металлов:

  • нержавеющая сталь. Толщина – от 0,2 мм до 12 мм;
  • сталь. Толщина – от 0,2 до 30 мм;
  • латунь. Толщина – от 0,2 мм до 12 мм;
  • алюминиевые сплавы. Толщина – от 0,2 мм до 20 мм;
  • медь. Толщина – от 0,2 мм до 15 мм.

Резка тонколистового металла

Лучше всего с помощью технологии лазерной резки обрабатывается тонколистовой металл. Чем меньше толщина материала, тем легче лазерному лучу с ним справляться. Опыт показывает, что свои лучшие качества оборудование проявляет при обработке металла толщиной до 6 мм. Лазерный луч моментально расплавляет тонкий лист, что обеспечивают очень высокую скорость обработки материала. Это может быть металл из алюминиевого сплава, медь, свинец, жесть.

Важно, что при разрезании тонколистового металла можно использовать маломощные агрегаты для лазерной резки. Подходят и вышеупомянутые твердотельные модели, которые неэффективны при обработке толстых листов. Следовательно, если вы планируете проводить резку тонколистового металла, вы можете сэкономить на оборудовании.

Лазерная резка металла: что это такое, технологический процесс и особенности обработки

Сталь имеет высокую прочность, поэтому ее трудно разделить на несколько частей. Один из эффективных промышленных методов – лазерная резка листа металла, о том, что это такое, поговорим в этой статье.

Сущность операции

Международное название – LBC (Laser Beam Cutting). Во время процедуры определенный участок подвергается высокоскоростному локализованному нагреву лазером с последующим разрушением структуры материала на молекулярном уровне. Связи нарушаются, происходит разрыв. В результате образуется ровный срез.

Луч генерируется специальной установкой, при этом узкая горловина позволяет направить его с высокой точностью. Образуется световой поток высокой плотности. Под воздействием энергии любое полотно претерпевает разрушение посредством плавления, испарения, сгорания.

Свойства и мощность лазера для металла

Характерные черты луча:

  • постоянство длины и интенсивности волны, это дает возможность управлять потоком;
  • низкий угол расходимости – нет большой зоны поражения;
  • когерентность волновых процессов, все они сонаправлены и увеличивают действие друг друга.

Скорость процесса зависит от теплопроводности материала, чем она выше, тем эффективнее процедура, в среднем это 0,15-12,5 м/с. Мощностная характеристика лазерного излучения определяется плотностью потока и достигает 10 в 8 степени Ватт на 1 квадратный сантиметр. Мощность определяется в зависимости от толщины заготовки и в среднем достигает 0,5 – 1,5 кВт.

Технологический процесс лазерной резки металла

Луч образует на образце точку. Точечное воздействие позволяет добиться максимально быстрого нагревания выше температуры плавления и кипения. Вещество начинает испаряться. Если плотность материала высокая или большая ширина, то испарение затруднительно, поэтому присутствует газовый баллон – инертный газ (кислород, азот, обычный воздух) направлен на эту зону и выдувает расплавившиеся элементы.

Виды операции

Классификация основана на выборе рабочего элемента, то есть прибора, образующего лазерный поток. Различают три типа установок по мощности:

  • Не более 6 киловатт – работа с твердыми телами. В основе лежит рубин или специальное прочное стекло. Они позволяют генерировать высокий импульс с постоянным потоком.
  • До 20 кВт – с помощью газа. Газовая смесь из азота, кислорода, гелия прогревается и разгоняется с помощью электроэнергии.
  • До 100 кВт – наиболее мощные станки, газодинамические. В их основе углекислый газ, который направлен узким потоком на локализованную область.

Режимы резки металла лазером

Любая установка имеет множество параметров. Их выбор зависит от конкретных характеристик разрезаемого материала и желаемого результата. Например, мощность прямо пропорционально увеличивается в зависимости от толщины листа.

Также имеет значение химический состав. Углеродистые стали имеют преимущества перед низкоуглеродными по прочности, но они же на 25-35% медленнее нагреваются и разрушаются из-за добавления углерода. Аналогично влияют и прочие легирующие добавки.

Также влияет выбранный газ. Чистый кислород в два раза эффективнее, чем обычный воздух. Качество разреза (шероховатость, образование сколов, дефектов) зависит от скорости процесса и толщины заготовки. И, конечно, важна точность. Самый лучший показатель у станков с ЧПУ. Они заранее программируются, вводятся все показатели, выбор программы осуществляется автоматически. Приведем таблицу, которая поможет определить режим:

Ширина листа, ммСкорость разреза, м/сТолщина лазерной резки металла, мм
1100,1
360,3
530,4
1010,6

Конструкция лазера

Второе название – квантовый генератор. Он отличается от обычного луча (например, в игрушке или прицеле) только увеличенной в сотни раз мощностью. Но конструктивно технология ничем не отличается. Есть три основных узла:

  • внешний источник накачки – направляет энергию к оптическому квантовому генератору;
  • активная лазерная среда, которая состоит из кристаллического тела, смеси газа или стекловолокна (выше приведена разница этих трех типов);
  • оптический резонатор – здесь уже находится не чистая энергия, а излучение.

Луч проходит через головку всей конструкции, где расположено полупрозрачное зеркало.

Разновидность оборудования для лазерной обработки металла с твердым телом

Коротко мы уже описали, что классификация проходит по мощности и используемому способу. Остановимся немного подробнее. Твердотельные станки имеют две зоны – накачки энергии и сам рубин, который является оптической средой и преобразует энергетический поток в луч. Самородок используется по причине своей твердости, он не разрушается и длительное время может служить распределителем ресурса.

Способ можно считать дорогим, но в современных аппаратах давно не применяется натуральный самородок, он заменяется искусственно созданным. Посмотрим на схему конструкции:

Применение газовых аппаратов для обработки металла лазером

Они подходят для более прочных или толстых заготовок. Поэтому конструктивно они более сложные. Подаваемый инертный газ должен пройти через электрическое поле. Заряжаясь, он становится монохромным потоком света, то есть с постоянной длиной и частотой волны. Поступление газового материала обеспечивается одним из способов:

  • продольно;
  • поперечно;
  • через щель.

Последняя разновидность пользуется популярностью, благодаря наибольшей мощности и компактности установки. Ниже представим подробную схему компонентов конструкции:

.

Подача газа может осуществляться одним из видов:

.

Из чего состоит оборудование для работы газодинамического станка

Это наиболее дорогой прибор, зато он может производить раскрой наиболее плотных материалов большой толщины. Газовый обдув как раз необходим для выдувания остатков веществ со шва. Применение такой лазерной резки металла осуществляется только на больших производствах.

Здесь газ перед подачей сперва нагревается до двух-трех тысяч градусов. Затем он разгоняется и на высокой скорости продувается через прочное и узкое сопло, чтобы поток сузился и при этом уплотнился. Только после этого температура нормализуется, а само вещество используется для разрезания металлических листов. Посмотрим на общую схему:

Работа с тонким металлом

Обычно на предприятиях таким способом обрабатывают именно тонколистовую сталь. Металлопрокат подвергается быстрой распиловке, а также процедура помогает экономить на затраченной энергии. Чем тоньше лист, тем лучше следующие показатели:

  • максимальная точность подачи луча, отсутствие искажений в самой толще материала;
  • отсутствие загрязнений (оплава) на поверхности;
  • отсутствие вторичных дефектов – вмятин, прочих механических повреждений;
  • молекулярное строение остается прежним, не возникает сильных внутренних напряжений, как при других способах термообработки;
  • высокая скорость распила.

Сферы использования процесса лазерной резки металла

В основном это заводское применение, в домашних условиях это нецелесообразно – не окупится стоимость оборудования и затраты на энергию. С помощью лазера создают:

  • детали для машиностроения;
  • полки, стеллажи, иные металлические конструкции;
  • части котлов, дымоходов и других агрегатов для отопительной системы;
  • элементы дверей, ограждений.

В целом этот способ используют в любых случаях, когда нужно быстро и эффективно, с минимальными затратами и высокой точностью, разделить стальной лист на две и более частей, вырезать отверстие в чугуне, нержавейке, инструментальных сплавах, алюминии.

Лазерная обработка металла от ржавчины

Это еще распространенная сфера применения. Она основана на том, что световое излучение в первую очередь воздействует на окисленные элементы, то есть на коррозию, а только после этого, более продолжительное действие, станет разрушительным. Таким способом убирают не только очаги ржавления, но и другие загрязнения.

Технология очистки

Поверхность поглощает излучение, происходит один из процессов:

  • Образовавшаяся окись подвергается тепловому лучу, отшелушивается. Затем потребуется шлифовка.
  • Нагрев приводит к расплавлению коррозии.
  • Загрязненные элементы испаряются с поверхности.

Исход процедуры зависит от материала. Сперва следует определить химический состав ржавчины и ее температуру плавления. Обычно она выше, чем у стали, и составляет около 1580 – 1650 градусов.

Устройство для удаления ржавых дефектов

Аппарат должен иметь мощность не менее 10 в 6 степени Вт/см2. Необходимый диаметр потока фотонов – от 100 мм. Нельзя применять такой же прибор, как и для резки. Здесь нужно дорогостоящее оборудование, цена на одну единицу – около 10 тысяч рублей. Это небольшой станок, отличающийся своей мобильностью.

Преимущества и недостатки, особенности лазерной резки металла

К плюсам можно отнести:

  • Большой спектр ширины листов – от 0,2 мм до 50 мм, в зависимости от материала.
  • Отсутствие любого механического контакта с заготовкой, поэтому она в результате не имеет дефектов, следов от нажима.
  • Если работа происходит на станке с ЧПУ, то можно заложить в программу очень сложный, замысловатый чертеж, который будет произведен также просто и быстро, как и обычный распил.
  • Максимальная скорость.
  • Штамповка подходит для больших партий, так как к каждой серии нужно изготовить матрицу. А лазер отлично справляется с мелкосерийным производством.
  • Минимальное количество отходов – вещество испаряется или выдувается.
  • Чистый срез без шлифовки.

К недостаткам можно отнести:

  • Высокое потребление энергии.
  • Наличие ограничения по толщине. Если для нержавейки это 5 см, то для обычной стали – только 2.

Как работает оборудование для лазерной резки металла

Процесс не является технологически трудным, потому что все автоматизировано. Оператор только загружает в пульт управления программу и закрепляет заготовку, следит за процедурой. А она может показаться многим завораживающей, посмотрим видео:

Своими руками

Сделать самостоятельно станок своими руками очень непросто. Но если умелец знает основы физики и имеет навыки, то можно сделать даже такую сложную установку. Один из таких мастеров снял ролик о своем оборудовании собственного производства:

В статье мы рассказали о том, как лазер режет металл и какие приспособления бывают. Покупайте качественные приборы для металлообработки от «Роста».

Технология лазерной резки металла

Содержание

  1. Что такое лазерная резка металла
  2. Оборудование для лазерной резки
  3. От чего зависит качество лазерной резки?
  4. Особенности резки отдельных видом металлов
  5. Альтернативы лазерной резке

Лазерная резка металла – это процесс нагревания и разрушения металла при помощи лазерного луча. Международное название технологии – Laser Beam Cutting (LBC).

На сегодняшний день существует 3 основных способа работы лазера по металлу:

  1. Плавление — наиболее распространенный способ, который подходит для большого количества материалов. Луч лазера разогревает поверхность металла до температуры плавления, которая различается у видов сырья. При правильно подобранном режиме металл расплавляется только по срезу, целостность кромок сохраняется. В зону обработки бьет поток сжатого газа, который выдувает расплавленный металл, охлаждает края, предотвращает плавление и деформации на срезах. Например, присутствие кислорода при резке нержавеющей стали или алюминия грозит окислением места среза, поэтому поверхность обдувается азотом. Алгоритм движения составлен на базе информации о материале (толщине, температуре плавления) и заложен в программное обеспечение, которое управляет действиями оборудования. Эта технология отличается высокой точность, скоростью и экономичностью.
  2. Горение — способ лазерной резки металла, который оптимизирует обработку черных металлов, но не подходит для цветных металлов и стали с высоким содержанием легирующих элементов. Воздействие кислорода дает в несколько раз больше тепловой энергии, чем работа лазера. Себестоимость процесса и время обработки уменьшаются. Методика имеет недостаток – горят кромки некоторых материалов. Затраты на постобработку срезов могут превысить экономию непосредственно резки. Выбор технологии лазерной резки “горение” определяет материал. Например, черная сталь в процессе обработки не образует оксидов или позволяет легко удалить их. Сплавы алюминия и нержавеющая сталь при контакте с O₂ окисляются, поэтому при раскрое этих материалов поступление кислорода отсекают струей азота.
  3. Испарение — используется редко, востребован только при резке тонкостенных изделий или листов малой толщины. Луч работает не сплошной струей, а короткими импульсами, рассчитанными на то, чтобы расплавить и испарить металл, не задев ничего вокруг, например, подложку (в изделиях). Воздушный напор удаляет технический мусор из рабочей области. Эта методика требует значительно большего нагрева материала. Например, алюминий плавится при 660 ํС, а закипает при 2 519 ํС. Соответственно, нужно почти в четыре раза больше энергии. Процесс более затратный, поэтому оправдан только в случаях, где не справляются другие технологии.

Таким образом, лазерная резка методом плавления – оптимальное соотношение цены и качества для большинства материалов.

Оборудование для лазерной резки

Устройства классифицируют по разным параметрам. По типу рабочей среды – источника лазерного излучения – выделяют три вида приборов:

  • Твердотельные системы. В осветительном модуле располагается твердое рабочее тело и газоразрядная лампа высокой мощности. Рабочим телом может служить стержень из рубина, неодимового стекла и других материалов. Края стержня оснащены зеркалами: полупрозрачным и отражающим. Луч лазера, созданный рабочим телом, набирает мощность, благодаря множественным отражениям и выходит наружу через полупрозрачное зеркало.
  • Газовые устройства. В них работает CO₂ (отдельно или в комплексе с гелием и азотом). Углекислый газ активизируют электроразряды. Для увеличения мощности также используют систему зеркал.
  • Газодинамические приборы обладают самой высокой мощностью. Активным веществом тоже является оксид углерода (CO₂), разогретый до температуры в диапазоне от 726 до 2726 °С. Он активизируется при помощи дополнительного лазерного луча небольшой мощности. Проходя через специальное сопло, газ меняет состояние и становится источником излучения. Этот вид оборудования самый дорогостоящий.

Выбор вида лазерной резки зависит от материала, который необходимо обработать.

ЧПУ, использующие углекислый газ, отлично справляются со сваркой, раскроем, гравировкой металла, стекла, пластика и другого сырья. Оборудование твердотельного типа эффективно для резки алюминия, меди, серебра, латуни. Не работают с неметаллическими материалами.

Качество лазерной резки. От чего оно зависит?

Под качеством лазерной резки обычно понимают точность, качество реза (минимальную шероховатость, прямые стенки), скорость предоставления услуг.

Результат работ зависит от многих составляющих:

  • Типа и размеров детали;
  • Правильной настройки оборудования для лазерной резки;
  • Технического состояния ЧПУ-станка;
  • Качества разработки макета.

Чтобы получить нужный результат, необходимо учесть все эти параметры. При соблюдении правил использования, лазерные резаки обеспечивают точность до 0,1 мм.

Скорость резки обусловлена мощностью оборудования, толщиной и теплопроводностью обрабатываемого материала. Чем выше показатель, тем быстрее отводится тепло с рабочего участка, соответственно требуется больше энергии. Например мощности лазера в 600 Ватт достаточно для резки титана или черных металлов, но мало для меди или алюминия.

Особенности резки отдельных металлов

Индивидуальные свойства материалов требуют применения различных технологий лазерной резки. Сплавы и цветные металлы обрабатывают на станках мощностью не ниже 1 кВт, для работы с черными металлами будет достаточно мощности от 0,5 кВт.

Раскрой высокоуглеродистых сталей осуществляется в основном по газолазерной технологии с применением кислорода. Благодаря сильной тепловой реакции в зоне воздействия лазера, увеличивается скорость обработки металлического листа.

Этот метод дает высокое качество реза. Для фигурной резки, например, заготовок с острыми углами или отверстиями, в комплексе с лазерным лучом используют инертный газ.

При обработке изделий или листов из нержавеющей стали, используют азот, который транспортируют в рабочую область под давлением до двадцати атмосфер. Учитывая высокую прочность сырья, лазерная резка – практически единственный метод качественной обработки нержавеющей и оцинкованной стали.

Работа с цветными металлами требует аппаратов больше мощности, например твердотельного типа.

Для взаимодействия с латунью, алюминием и сплавами с его содержанием используют инертный газ под давлением до десяти атмосфер. Кромки получаются хорошего качество, возможно небольшое образование грата, который легко удалить.

Медь обладает высокими теплопроводными свойствами. Оптимальная толщина листов для раскроя лазером не больше 0,5 мм. Большая толщина требует значительных расходов, что не является экономически целесообразным.

Лазерные установки отлично зарекомендовали себя в резке труб толщиной до 30 мм. Линию реза можно направить под любым углом. В результате получают ровную поверхность, готовую для дальнейшего монтажа или сварки.

Альтернатива лазерной резке металла

В современной металлообработке эффективно используют четыре технологии резки металла:

  1. Лазерная;
  2. Плазменная;
  3. Газовая;
  4. Гидроабразивная.

Каждый способ имеет свои преимущества и недостатки по отношению к различным видам материалов.

Плазменная резка металла

Плазменная резка – технология раскроя металла, при которой в качестве режущего инструмента выступает струя плазмы. К преимуществам относится возможность работы с любыми сырьем: цветными, тугоплавкими и другими сложными металлами. Еще один плюс технологии – создание резы любой формы, в том числе сложной геометрической.

Плазменная резка немного проигрывает лазерной в качестве кромок, соответственно и в точности. При лазерной обработке кромки имеют большую степень соответствия по перпендикулярности.

Для материалов толще 6 мм плазменный метод занимает меньше времени и затрат энергии по сравнению с лазерным. Однако при работе с тонкими материалами и изготовлении деталей сложной геометрии использование лазера эффективнее ввиду большей точности и максимального соответствия техническому заданию.

Газовая резка металла

Суть процесса газовой резки заключается в следующем: газ ацителен или пропан разогревает материал обработки до 1000-1200⁰С, затем подключается кислород, который загорается при контакте с раскаленным металлом и режет его. Технология подходит для материалов, температура горения которых ниже, чем плавления: для сталей с низким и средним содержанием легирующих элементов. Преимущества метода в невысокой стоимости, простоте, мобильности оборудования. Однако он подходит не для всех материалов, точность резки значительно уступает лазерной и плазменной.

Гидроабразизная резка металла

Рабочим инструментом при гидроабразивной резке выступает смесь воды с абразивными частицами (зерна карбида кремния, электрокорунда, других твердых веществ, гранатовый песок). Вода поступает в режущую головку под давлением до 6000 атмосфер, оттуда она со скоростью около 1000 м/сек (и выше) вырывается в камеру, где смешивается с абразивом. Смешанная струя разрушает целостность металла и смывает отрезанные частицы. Важная особенность гидроабразивной резки состоит в том, что обрабатываемые поверхности практически не нагреваются, что дает методу массу неоспоримых преимуществ.

Технология имеет ряд плюсов:

  • Работа с любыми материалами;
  • Высокое качество реза благодаря отсутствию пригорания и плавления поверхности;
  • Возможность обработки термочувствительного сырья;
  • Отсутствие вредных выделений в рабочем процессе;
  • Пожаробезопасность работ.

К недостаткам можно отнести более низкую скорость в сравнении с плазменной и лазерной обработкой, высокую стоимость оборудования и себестоимость процесса.

Из рассмотренных вариантов лазерная резка – наиболее универсальный инструмент. Кроме непосредственного раскроя устройства используют для лазерной гравировки металла, маркировки, разметки и прочих операций.

Практическое применение технологии лазерной резки

Производство изделий при помощи лазерного оборудование состоит из нескольких этапов:

  1. Формирование идеи продукта.
  2. Разработка художественного эскиза.
  3. Создание технического макета модели.
  4. Изготовление тестовой детали на ЧПУ-станке.
  5. Контроль параметров и доработки в случае необходимости.
  6. Запуск серийного производства.

Созданию технического макета нужно уделить особое внимание, так как от его точности будет зависеть качество готового изделия.

Станки используют форматы программ AutoCAD, CorelDraw, поэтому чертежи для лазерной гравировки или резки должны быть выполнены в этих программах.

Требования к макетам для лазерной резки

  • Масштаб чертежа 1:1.
  • Замкнутые внешние и внутренние контуры.
  • CIRCLE, LINE, ARC – команды для создания контуров.
  • Команды ELLIPSE, SPLINE не поддерживаются.
  • При наложении линий друг на друга лазерный резак будет проходить по одной и той же траектории несколько раз.
  • В чертеже для лазерной резки должно быть указано количество деталей и рабочий материал.
  • Вся информация о чертеже должна быть размещена в одном файле.

Ценообразование в услугах лазерной резки металлов

Цена услуг зависит от ряда составляющих и меняется в зависимости от технического задания.

Что влияет на стоимость услуг лазерной резки металла

  • Вид металла. Например, резка черных металлов, стали и нержавейки стоит в 2-3 раза дешевле резки меди, латуни, титана, алюминия и его сплавов.
  • Толщина листа. Чем больше толщина, тем выше цена. Нестандартные технические задания рассчитываются индивидуально.
  • Сложные формы деталей. Чем больше требуется резов для достижения результата, тем выше цена.

Эти и ряд других параметров, которые оговариваются с заказчиком, формируют стоимость лазерной резки и гравировки.

О компании

Адрес: Санкт-Петербург, Петровский пр., д.20 литер Я (около д. 20 литер В)

Режим работы:
Понедельник — пятница
10:00 — 18:00

Полезные статьи
Работаем по всей России
Высокоточное производство
Пользовательское соглашение

Лазерная резка. Принцип работы. Вопросы и ответы

Современная техника и оборудование, которое используется при работе с металлом – это высокоэффективные и мощные устройства, позволяющие обрабатывать материал быстро и с высокой точностью. Одним из наиболее эффективных способов считается лазерная обработка металла, при которой необходимы оборудование и специальные навыки.

Известно много особенностей работы с лазерным оборудованием. А чтобы понять суть этого метода обработки, стоит разобраться в принципах работы лазерной установки для резки заготовок из металла.

Резка металла лазером: особенности метода

На производствах и в мастерских применяют различные способы раскроя из листового металла заготовок с определенными параметрами. Наиболее точный и предпочтительный способ – это применение лазерной установки.

Сам по себе метод резки – это, по сути, раскрой из листового металла заготовки необходимой формы и в определенном количестве. Известны различные методы, которые позволяют получить определенные заготовки из листов металла. Но многие из них (например, ручные станки или ножницы по металлу) не гарантируют достаточной точности.

Если есть потребность обработать листовой металл, а при этом важна точность, то может помочь только лазерная установка. Лазерная резка – это способ раскроя металлического листа определенной толщины при использовании лазера высокой мощности.

Процесс разделения происходит за счет сфокусированного лазерного пучка на конкретную область металла. В месте контакта температура материала повышается до температуры плавления. Области вокруг не меняют свой температурный показатель, что позволяет не деформироваться краю заготовки. Линия разреза получается точной и достаточно тонкой, что позволяет сэкономить на расходном материале.

Основной принцип работы лазера для резки – это прожиг металлического листа высокотемпературным и точно сконцентрированным лучом. Расплавленный металл с обработанного участка удаляется направленным потоком воздуха или произвольно стекает.

В чем основные преимущества метода?

Лазерная обработка материалов имеет ряд преимуществ, которые выражены в следующем:

  • нет прямого механического контакта с обрабатываемым материалом, а значит это дает возможность работать с хрупкими материалами;
  • под действием направленного луча происходит плавление даже очень твердых металлов;
  • высокая скорость обработки металла;
  • возможность организации скоростной и непрерывной резки, что увеличивает производительность;
  • процесс полностью автоматизированный, что практически полностью исключает вероятность воздействия человеческого фактора.

Существенные минусы в работе

Если есть преимущества, то, соответственно, есть и недостатки. Технология лазерной резки металла – не исключение, и в этом аспекте можно отметить следующие минусы:

  1. Достаточно большое потребление электроэнергии.
  2. Высокая стоимость самой лазерной установки.
  3. При ошибке в настройках есть вероятность порчи обрабатываемого материала.
  4. Высокотемпературный лазер опасен для человека.

Использование лазерного оборудования – это высокая производительность. Но по карману такое устройство только крупным производствам. Поэтому сегодня очень популярна услуга осуществления изготовления конкретных заготовок под заказ в специализированных мастерских.

Ваши вопросы – наши ответы

У простого обывателя или того, кто впервые сталкивается с таким видом обработки металла, может возникнуть масса вопросов. Мы сформулировали наиболее актуальные вопросы об особенностях применения и возможностях лазерной резки и ответили на них:

1. Что такое лазер, которым режут металл?

Лазер – это сфокусированный пучок огромной оптической энергии. За счет концентрирования высокой тепловой энергии материал, на который направляется лазер, просто испаряется или стекает по направлению, противоположному к самому лучу.

2. Какие бывают виды лазерных установок?

Есть некоторая градация типов лазерных установок, которые применяются на производствах:

  • газовые;
  • твердотельные;
  • волоконные;
  • полупроводниковые.

Но такие установки для резки – это основные аппараты. Существуют и другие устройства, которые используют иные принципы воздействия на обрабатываемый металл лазером. В основном такое оборудование изготавливается на специальных производствах. Но некоторые установки можно изготовить дома (например, газовую лазерную установку). Также все аппараты отличаются по стоимости использования и сложности управления.

3. Что можно резать лазером?

При помощи резки лазером в принципе можно разрезать любой материал. Однако все зависит от типа установки, параметров настройки и свойств самого обрабатываемого материала. Граничный показатель (за основу берется листовая сталь) – листовой материал толщиной до 35 мм. Поэтому разумно предположить, что единственным существенным ограничением для лазера является толщина обрабатываемого материала.

Здесь в основном рассматривается резка лазером металла. Но стоит сказать, что металлическими листами все не ограничивается, лазеру под силу резать дерево, пластик, акрил и многое другое. При этом резка получается точной и быстрой, без необходимости дополнительной обработки.

4. Что не под силу разрезать лазеру?

Сфокусированный высокотемпературный лазер – это мощный инструмент. Однако и для такого оборудования есть свои «крепкие орешки» – это любые материалы с оптическим эффектом. Ярким примером является медь (к сплавам на основе этого металла это свойство не относится).

Медные, даже очень тонкие листы, лазер не в состоянии разрезать, потому что луч отражается от поверхности. При отражении тепловая энергия направляется на линзу аппарата, что становится причиной ее поломки.

Есть некоторые трудности и с резкой стекла – луч лазера проходит сквозь прозрачную поверхность. Это не относится к резке оргстекла, которое лазером режется очень просто.

5. Какой ширины разрез образовывается от лазера?

Ширина разреза лазером – это минимальное значение разреза, который можно сделать в материале. Этот показатель составляет 250 микрометров. Это и считается основной причиной экономного размещения отдельных элементов на одном листе.

6. Что из себя представляет лазерная установка?

Оборудование для лазерной резки металла по факту является столом, который служит рабочей площадкой, с движимой определенным образом лазерной головкой. На столе размещается лист обрабатываемого материала. Сама лазерная головка движется по двум осям – абсцисс и ординат. Характер движения загружается в специальный программный продукт, а также устанавливаются определенные настройки самого лазера.

7. Как справляется лазер с необходимостью резки нестандартных форм и заготовок?

Лазеру, при правильном обращении с программой, под силу изготовить заготовку любой сложности. От геометрически ровного разреза до сложных узоров – все это можно сделать при помощи лазера.

Этот факт стал главной причиной популярности такого оборудования. Лазерные установки широко используются в разных сферах, так как позволяют проделать необходимую работу эффективнее, точнее и быстрее, чем альтернативные способы обработки.

8. Остаются ли следы на заготовке, если ее резали лазером?

Резка лазером – это высокотехнологичный процесс, при котором воздействие на конкретную область среза – минимальное. За счет того, что обработка лазером происходит очень быстро, материал по обе стороны среза не успевает накалиться. Это позволяет не оставлять видимых следов по кромке изделия.

Однако лазер используется и при гравировке металла (и прочих материалов). В этом случае видимые следы, которые выполняют декоративную или функциональную задачу, являются частью технологии.

Это наиболее распространенные вопросы, которые возникают относительно лазерной обработки металлов и прочих материалов. Они позволят человеку, который не сталкивался с подобным оборудованием, понять принцип его работы и узнать некоторые его особенности. Относительно самого процесса работы, особенностей управления и так далее – это компетенция исключительно профессионалов. Но вы всегда можете обратиться в специализированный сервис, где обязательно получите подробную консультацию относительно данного вопроса, а также заказать изготовление вашего индивидуального заказа.

Лазерная резка

Лазерная резка: виды

К резке лазерным лучом относят несколько методов:

  1. Разделение. Предполагает сквозную резку материала. Позволяет получать отдельные детали заданной конфигурации.
  2. Термораскалывание. В месте обработки лазер создает повышенное термическое напряжение. Подходит для работ с хрупкими материалами.
  3. Скрайбирование. Метод используется при работах с полупроводниками, керамикой, ситалловыми подложками. Обеспечивает их быстрое и качественное разделение.

Первые две технологии относятся к процессам непрерывного действия. При скрайбировании зачастую применяют лазеры импульсного или импульсно-периодического типа.

Выбирая метод резки лазером, во внимание принимают вид обрабатываемого материала, его толщину, требуемый уровень качества.

Преимущества и недостатки лазерной резки

  • возможность обработки любых материалов: лазер разрезает лист стали, толщиной до 40 см;
  • высокая автоматизация процесса, позволяющая получать контуры сложных пространственных форм;
  • узкий рез, который обеспечивается локальным нагревом поверхности;
  • отсутствие механического воздействия, что позволяет обрабатывать тонкие, хрупкие, легко деформируемые материалы;
  • высокая производительность процесса: скорость резки около 25 м/мин;
  • возможность точно контролировать температуру нагрева, что повышает качество работ;
  • выполнение как плоской (2D), так и трехмерной 3D резки.

Технология нашла широкое применение при резке сложных контуров и мелких деталей, что также является ее преимуществом. К недостаткам лазерной резки можно отнести дорогую стоимость оборудования и высокое энергопотребление.

Параметры качества лазерной резки металлов

  • марка стали;
  • толщина изделия;
  • мощность излучения лазера;
  • требования к чистоте реза;
  • газ, используемый в работе.

Технология лазерной резки металла

  • Испарение.
  • Плавление.
  • Термораскалывание.
  • Термохимическое воздействие.

Испарение

Плавление

Процесс методом плавления происходит следующим образом:

  1. Поверхность поглощает луч, приводя к испарению материала в зоне обработки. В результате образуется парогазовый канал.
  2. Жидкий расплав скапливается на стенках каналов. Процесс аналогичен лазерной сварке с глубоким проплавлением.
  3. Расплав удаляется из зоны обработки при помощи выплеска, выдувания вспомогательным газом или фонтанирования.

Используя лазеры для резки и эту технологию, обрабатывают металлы, горные породы, керамику, стекло и пр. Следует учесть, что некоторые пластики и минералы при таком излучении могут необратимо поменять свой химический состав. В определенных газовых средах нагрев лазером может дополнительно повысить тепловую энергию.В результате чего потребление энергоресурсов будет существенно снижено в сравнении с лазерной обработкой материалов методом испарения.

  • Услуги
  • Продукция
  • Заказ
  • Контакты
  • Резка металла
    • Плазменная резка
    • Лазерная резка
    • Газовая резка
  • Сварочные работы
    • Аргонная сварка
    • Электро дуговая сварка
    • Полуавтомат сварка
  • Гибка металла
  • Токарно / Фрезерные работы
  • Слесарные работы
  • Доставка

Наши преимущества

Принцип работы станков по лазерной резке металлов

При обработке металла часто требуется его резка. Для обработки металла было придумано большое количество различных методов его резки. Наиболее современным и технологичным методом резки металла является лазерная резка.

Принцип действия лазера

В состав лазера, генерирующего световое излучение, входит рабочее тело, генератор накачки, резонатор и другие вспомогательные элементы. Лазеры бывают следующих видов:

  • твердотельный лазер;
  • газовый;
  • волоконный.

В твердотельном лазере в качестве генерирующего тела используется твердотельный элемент, например, рубин. Лампа накачки вырабатывает световое излучение, которое поглощается рубином, атомы которого возбуждаются и выделяют большое количество световой энергии.

В газовом лазере рабочим телом является газ. Этот газ проходит через газоразрядную лампу, в которой происходит электрический разряд, возбуждающий атомы газа. Наиболее эффективными являются газовые лазеры на углекислом газе.

Волоконный лазер состоит из генератора накачки на светодиоде, световода, в котором происходит генерация, и резонатора.

Преимущества лазерной резки

На станках лазерной резки можно обрабатывать металлы с различными физико-механическими свойствами. К ним относятся:

  • сталь;
  • нержавеющая сталь;
  • алюминиевые сплавы;
  • латунь;
  • медь;
  • сплавы из титана.

При этом для различных типов металла необходимо использовать лазеры различной мощности и разный режим резания. Лучше всего обрабатываются материалы с малой теплопрводностью. Такие материалы как латунь и медь имеют большую теплопроводность, поэтому для их резки требуется повышенная мощность лазера. Наиболее трудной является резка листов из сплавов таких материалов как титан. Этот металл имеет хорошую теплопроводность и отражательную способнось, а кроме того, он очень прочный и быстро окисляется. Для его резки требуется мощный лазер и продувка места резки инертными газами для защиты от окисления.

Использование станков для лазерной резки металлов имеет следующие преимущества:

  • возможность обработки металлов с различными свойствами;
  • высокая скорость резания металла;
  • возможность обработки сложных контуров;
  • минимальное механическое воздействие на металл;
  • использоание компьютеризированного управления.

В состав современного станка для лазерной резки металла входят:

  • лазерный источник;
  • станина;
  • приводы и передачи;
  • система охлаждения;
  • система подачи газа и дымоудаления;
  • система автоматического управления;
  • программное обеспечение.

Чаще всего в станках для резки металлов используются волоконные и газовые лазеры. В волоконном лазере формирование луча происхоит в волоконном резонаторе, а затем энергия луча по волоконному тракту передается к режущей головке. В газовом лазере луч формируется в резонаторе с газами, а затем с помощью системы зеркал энергия луча передается в головку. Режущая головка включает набор линз. Луч этой головки автоматически фокусируется.

В зависимости от типа станка мощность таких лазерных источников может достигать 4-6 кВт. При этом кпд лазеров не превышает 10-15 %.

Станина представляет собой цельносварную конструкцию, которая должна быть жесткой, надежной и долговечной.

Приводы станка должны обеспечивать быстрое и точное передвижение координатой системы станка. Эти приводы мощные и не имеют люфта. Для примера, в станках компании Mitsubishi точность положения режущей головки по каждой из осей должна быть порядка ±0,01 мм. Максимальная скорость резания в таких станках достигает 50 м/мин.

В процессе резки металла требуется охлаждение лазерного источника. Это охлаждение бывает воздушным или водяным.

Для удаления продуктов резания рабочая область резания снабжается продувкой технологичекими газами. В качестве такого газа может быть использован сжатый воздух. А для удаления возникающего при резании металла дыма имеется специальная система.

Для управления такими мощными и скоростными станками необходима современная система управления. Система управления станком для резки металла лазером представляет собой компьютиризованную систему типа ЧПУ. В ее состав входит процессор, память, монитор, программное обеспечение. Управление режущей головкой осуществляется по 3 осям, при этом для управления по оси Z (регулировка высоты) используется обратная связь. Для определения положения лазерного луча используются специальные датчики.

Программное обеспечение станка обычно реализуется на основе стандартной операционной системы, например, Windows. В комплект программного обеспечения, как правило, входит большое число программ. Дополнительные программы могут вводиться с локальной сети предприятия или с помощью разъема USB.

  1. Наиболее эффективным способом резки металлов является лазерная резка.
  2. Лазерная резка обладает рядом преимуществ, основными из которых является точность, высокая скорость резания и возможность автоматизации процесса.
  3. Современные станки для лазерной резки представляют собой сложные комплексы, позволяющие быстро и точно производить сложную резку различных металлов.

Основы технологии лазерной резки металла

По-простому, лазерная резка — это световое излучение, вызванное атакой фотонов на рабочую среду с усилением за счет ответной реакции. Более подробно — далее

Из школьного курса элементарной физики вы знаете о сильном тепловом воздействии сфокусированного света. Познавательный трюк с увеличительным стеклом ясно показывает возможности преломленного потока солнечного луча.

Принципом действия работы лазера может служить его перевод с английского: усиление света вынужденным излучением. По-простому — это световое излучение, вызванное атакой фотонов на рабочую среду с усилением за счет ответной реакции. Световой поток через систему оптических призм и зеркал фокусируется в узконаправленный луч импульсной или непрерывной модуляции. Мощность и интенсивность лазера зависит от используемого активатора и сложности резонирующих систем.

В качестве первичного активного вещества используют все возможные агрегатные состояния: твердое, газообразное, жидкое и плазменное. Важнейшим критерием является способность к возбуждению и отдаче свободных квантов-фотонов. Накачка первичных световых атомов производится разными способами. Это может быть сфокусированное солнечное излучение, специальные лампы, другие лазеры, электрическое воздействие или химические процессы. Для увеличения силы потока делают многоуровневые атакующие каскады. В основе резонаторов применяют плоскопараллельные и сферические зеркала или их комбинации. Главный параметр хорошего прибора — устойчивое сохранение светового луча и его точная фокусировка.

Первый лазер был сделан на рубине в 1960 году, он работал в инфракрасном диапазоне и являлся началом эры световых помощников человека. История развития прикладной квантовой науки шла по пути усиления первоначальных систем накачки и совершенствования оптических резонаторов для достижения мощного и управляемого луча. Выискивались новые рабочие среды, были испробованы и получили путевку в жизнь лазерные установки на красителях, на свободных электронах, химические модели и полупроводниковые исполнения.

Производственное использование лазера

Лазер называют самым красочным и одним из важнейших изобретений XX века. Многие годы никто не понимал его практического применения, прибор называли устройством, которое само ищет задачи для решения. Теперь лазерные аппараты лечат людей, исследуют звезды и применятся для развлекательных мероприятий.

Машиностроительные производства давно начали использовать резку металла лазером. Пионерами выступили судостроительные верфи, авиационные заводы и автомобильные гиганты, искавшие передовые методы работы для увеличения производительности труда. Возрастающая конкуренция стимулировала появление инновационных обрабатывающих центров с принципиально новыми системами влияния на рабочий процесс.

К настоящему времени на промышленных предприятиях лазерная резка металла представлена следующими видами установок:

  • твердотельные — основанные на кристаллических драгоценных камнях или соединениях редкоземельных элементов, для накачки фотонов используется импульсные лампы или лазерные диоды;
  • газовые — в качестве активаторов применяются смеси инертных газов с источником возбуждения в виде электрических разрядов или направленной химической реакции;
  • волоконные — активная среда и резонатор сделаны целиком из оптического волокна или скомбинированы с другими конструктивными элементами.

Следующее видео представляет волоконный лазерный станок.

Для работы с цветными металлами и антикоррозионными сталями, имеющими высокую отражающую способность, прикладными исследовательскими институтами разработаны специальные модели традиционных лазеров с резонатором из оптико-волоконной трубки. Световой луч в таких установках более сфокусированный и концентрированный и не рассеивается о зеркальную поверхность алюминиевых, титановых или нержавеющих заготовок.

Широко распространенные газовые СО₂-лазеры работают на рабочей смеси углекислого газа, азота и гелия, зеркала резонатора покрыты серебряным или золотым напылением для увеличения отражающей способности.

Технология лазерной резки металлов постоянно совершенствуется: пробуются новые типы установок, усложняются системы управления процессом, применяются компьютерные комплексы для контроля режимов обработки. Основной упор делается на увеличение точности, чистоты реза и производительности.

Особенности технологического процесса

  • первая стадия — воздействие лазера на металл в точке начала реза вызывает нагревание вещества до температуры плавления и появлению усадочной раковины;
  • вторая стадия — энергия излучения приводит к кипению и испарению металла;
  • третья стадия — при проплавлении заготовки на полную глубину начинается поступательное движение рабочего органа в соответствии с заданной траекторией.

В действительности, процесс испарения металла наблюдается только у тонких заготовок, при средней и большой толщине реза удаление остатков вещества из рабочей зоны производится с помощью струи вспомогательного газа (азот, кислород, воздушная смесь или инертные газы).

Такие установки, работа которой представлена на видео, называют газолазерными резаками.

Сравнительные характеристики лазерной и плазменной резки приведены

Современные лазерные комплексы

Новое поколение прецизионных обрабатывающих станков с ЧПУ позволяют проводить обработку материалов с точностью до 0,005 мм. Площадь обработки некоторых моделей лазерных установок достигает нескольких квадратных метров. Большим достоинством является минимизация человеческого фактора, заключающаяся в высокой автоматизации производственного процесса.

Геометрия детали задается в программный блок, осуществляющий управление лазером и рабочим столом с заготовкой. Системы настройки фокуса автоматически выбирают оптимальное расстояние для эффективного резания. Специальные теплообменники регулируют температуру лазерной установки, выдавая оператору контрольные данные текущего состояния инструмента.

Лазерный станок оснащается клапанными механизмами для подключения газобаллонного оборудования, чтобы обеспечить подачу вспомогательных газов в рабочую зону. Система дымоулавливания призвана оптимизировать расходы на вытяжную вентиляцию, включая её непосредственно в момент обработки. Область обработки полностью экранируется защитным кожухом для безопасности обслуживающего персонала.

Лазерная резка листового металла на современном оборудовании превращается в легкий процесс задания числовых параметров и получения на выходе готовой детали. Производительность оборудования напрямую зависит от параметров станочного комплекса и квалификации оператора, создающего программный код. Технология лазерной резки металлов гармонично вписывается в концепцию роботизированного производства, призванного полностью освободить человека от тяжелого труда.

Производители предлагают различные типы лазерных станков: универсальные и специализированные. Стоимость первых на порядок больше, но они позволяют производить несколько операций и выпускать детали более сложной формы. Большое количество рыночных предложений дает возможность выбора для заинтересованных потребителей.

Преимущества и недостатки

  • высокое качество обработанной поверхности;
  • экономия материала;
  • способность работы с хрупкими материалами и тонкими заготовками;
  • возможность получения деталей сложной конфигурации.

Среди минусов: высокая стоимость оборудования и расходных материалов.

Лазерная резка стали и цветных металлов пользуется большим рыночным спросом. Способность быстро выдавать чистовые детали нестандартной формы привлекает в профильные предприятия заказчиков малых партий разнообразных изделий. Лазерные технологии активно используются в декоративном творчестве при изготовлении дизайнерских украшений и оригинальных сувениров.

Решение о применении лазерной обработки должно приниматься с учетом расчета окупаемости оборудования и величине эксплуатационных расходов. В настоящее время такие установки могут себе позволить, в основном, крупные предприятия с большим производственным циклом. С развитием технологии будут снижаться стоимость станков и количество потребляемой энергии, поэтому в будущем лазерные аппараты вытеснят своих конкурентов из сферы резки любых материалов.

Лазерная резка: специфика процесса, оборудование, материалы

В строительной и производственной сферах большой популярностью пользуется нарезка деталей при помощи лазерных установок. Механическое воздействие на материал при таком процессе сводится к нулю, и это гарантирует отсутствие деформаций рабочей поверхности. Эксплуатация лазеров позволяет получить высококачественные детали, избежав при этом производственных затрат, связанных с человеческим фактором. Однако лазерная резка металла от 1 детали имеет ряд нюансов. Предлагаем с ними ознакомиться.

Как работает лазерная резка

Лазерная резка металла от 1 детали может производиться разными способами: при помощи кислорода, с использованием смеси газов (аргона или азота), с помощью сжатого воздуха. Выбор газа для резки лучом зависит от того, из какого материала состоит деталь, какую толщину имеет заготовка, предстоит ли дальнейшая обработка. Например, использование кислорода позволяет добиться максимально высоких температур при резке, а аргон будет незаменим при нарезании титана и циркония.

лазерная резка металла

Современные лазеры предназначены для раскраивания металла толщиной от 0,2 мм до 40 мм. Принцип лазерной резки состоит в том, что луч обеспечивает возгорание, плавление, испарение, выдувание газовой струей материала того участка, на который он направлен.

В зависимости от тела, которое генерирует луч, можно выделить три типа оборудования для листовой лазерной порезки:

  • Твердотельные лазерные станки. Снабжены диодом и стержнем, состоящим из рубина, граната либо неодимового стекла. Мощные лампы направляют заряд энергии на оптический стержень, который осуществляет ее проекцию на рабочую поверхность. Фокусировка осуществляется в том числе благодаря зеркалам и призме. Твердотельное оборудование предназначено для разрезания меди, алюминия, алюминиевых сплавов, латуни.
  • Волоконные. Генератором луча служит оптоволокно. Современные станки оснащены опцией быстрой настройки размера фокального пятна, благодаря чему значительно повысилась производительность нарезки деталей из меди, стали, алюминия.
  • Газовые. В качестве генератора выступают газы – обычно гелий, углекислый газ и азот. Они под давлением поступают в газоразрядную трубку, активируясь при этом электрическими импульсами. Преимущество лазерной резки газовыми станками в том, что ей подлежат даже высокопрочные сплавы.

Управление станком для лазерной резки деталей

Автоматизированный станок для нарезания металла лазером состоит из непосредственно лазера, снабженного источником питания, системы управления, а также контура, обеспечивающего передачу излучения в зону резки. По принципу действия это излучение напоминает плазменную дугу или газовое пламя, однако имеет гораздо большую концентрацию мощности – до 5 000 Вт.

станок для лазерной резки металла

Управление лазерным станком довольно несложное. Для осуществления лазерной резки деталей расходный материал фиксируется на рабочем столе. Затем в блок управления задаются параметры будущей детали (длина, ширина), указываются тип и толщина листового металла. Откалибровка фокуса и выбор расстояния от резака до разрезаемой поверхности происходит автоматически. В автоматическом режиме происходит и температурный контроль. Если технический процесс требует подачи вспомогательных газов, то к аппаратуре необходимо подключить баллоны с необходимым веществом. Для этого предусмотрены патрубки, снабженные клапанами. Защитный кожух ограждает оператора и прочий персонал от мелких частиц металла.

Лазерная резка каких материалов возможна

Резка лазерным лучом возможна, если основной материал – это:

  • Сталь обычная. Максимальная толщина стального листа должна не превышать 20 мм, в противном случае нужно обратиться к другому методу.
  • Сталь нержавеющая. Ограничение по толщине составляет 16 мм. Именно при таких показателях удастся избежать возникновения облоя или же его можно будет удалить без последствий. Лазерная резка нержавеющей стали толщиной более 16 мм возможна только в расплавном режиме, и зона резки будет шершавой и с трудноудаляемыми излишками материала.
  • Латунь. Для лазерной резки этого металла подойдут листы толщиной не более 12 мм, поскольку сопротивление материала довольно велико. Накопления облоя не избежать, однако он ликвидируется легко.
  • Сплав алюминия. Можно резать лист металла толщиной не более 10 мм. Также образуется облой в зоне резки.

лазерная резка алюминия

Каждому типу металла соответствует своя разновидность лазера.

Внимание! Принцип лазерной резки неприменим для следующих металлов: вольфрам, титан, латунь, молибден, оксидированный алюминий. Все они обладают высокой прочностью, которая приводит к выходу лазерного оборудования из строя.

Преимущества и недостатки лазерной резки

Лазерная резка имеет ряд положительных качеств. Например:

  • При ее проведении отсутствует механическое воздействие на обрабатываемую поверхность. Благодаря этому можно нарезать материалы, которые при обычной резке получили бы повреждения или деформировались.
  • Обработке подлежат многие виды металлов, в том числе сплавы алюминия и различные типы стали.
  • Чаще всего лазерная резка листового металла не сопровождается возникновением облоя. В противном случае он легко удаляется с поверхности, не оставляя царапин.
  • Детали при нарезании не нагреваются. Можно применять лазерную резку листа даже для тех металлов, которые имеют высокую теплопроводность.
  • Раскрой материала полностью автоматизирован. Погрешность при нарезке составляет не более 0,1 мм, процент отходов минимален. Это позволяет снизить себестоимость производства.
  • Высокая производительность лазерного оборудования, в итоге – значительно экономится время резки.
  • Нет необходимости приобретения дорогостоящих молдов или пресс-форм.
  • Универсальность оборудования. С помощью приспособления для лазерной резки металла можно изготавливать самые различные типы деталей.
  • В случае необходимости, оборудованием для резки листовых металлов можно осуществлять фрезеровку и высверливание отверстий нужного диаметра и глубины.
  • Есть возможность гравировки поверхностей.

резка металла лазером

Преимущества лазерной резки сопровождаются некоторыми недостатками:

  • Листовой металл, подлежащий резке лазером, не может быть толще 40 мм, а его площадь – больше 1500 на 3000 мм.
  • Этот способ резки относительно дорог.
  • Невозможно производить внутреннюю резьбу.
  • Необходима настройка оборудования перед каждым использованием.

Лазерная резка деталей: примеры

Прибегнув к лазерной резке, вы за относительно короткий промежуток времени можете получить детали, применяемые в машиностроении; комплектующие для торгового оборудования (в том числе стеллажей, шкафов, поддерживающих установок, полок и т.д.); декоративные элементы для дизайна помещений; детали для вывесок, бигбордов и прочих рекламных носителей; трафареты, шаблоны и многое другое. Пользуются популярностью и резаные лазером элементы отопительного оборудования — печей, дымоходов, котлов, и детали ограждений, ворот. Принцип лазерной резки применяется при изготовлении многих деталей лифтового оборудования и вендинговых аппаратов.

детали, нарезанные лазером

Как можно заметить, лазерной резкой пользуются в тех случаях, когда необходимо получить высококачественные детали с минимальной шириной реза, гладкими и ровными краями, и при этом есть возможность пренебречь некоторым изменением цвета изделия в месте раскройки.

Что лучше — резка металла лазером или плазмой

Плазменная резка отличается от лазерной тем, что проплавление металла производится при помощи плазменной дуги, в то время как плазменная струя удаляет расплав. Резку плазмой применяют для обработки тонколистового металла, однако экономически целесообразно использовать для толстых поверхностей: меди (до 80 мм), чугуна (до 90 мм), алюминия (до 120 мм), сталей (до 150 мм). Хорошее качество отверстий гарантировано в случае, если их диаметр будет не меньше диаметра поверхности, разрезаемого плазмой. Нижние кромки отверстий, как правило, меньше верхних. Поверхность реза конусная и составляет от 3 до 10 градусов.

Про особенности плазменной сварки можно прочитать здесь.

Эксплуатация лазера имеет наибольшую эффективность при нарезке стали толщиной до 6 мм. Сфокусированное лазерное излучение производит качественные узкие резы, диаметр произведенных отверстий в нижней части имеют несколько больший размер, чем в верхней. Отклонение кромки реза от заданных параметров – около 0,5 градуса.

Выбирая между плазмой и лазером, стоит ориентироваться прежде всего на тип и толщину материала, подлежащего обработке. Кроме этого, стоит учесть, что лазерное оборудование имеет большую цену, однако при необходимости вырезания большого количества отверстий в детали часовая стоимость использования плазменного станка выше.

В заключение

Принцип лазерной резки может быть применим во всех случаях, когда требуется высокоточная нарезка деталей, фрезеровка или гравировка. Оборудование вне зависимости от его типа (твердотельное, газовое, волоконное) позволяет осуществить разрезание листов металла практически в автоматическом режиме. При этом гарантированы аккуратная поверхность реза, минимальное количество облоя или его полное отсутствие, минимальная погрешность нарезки, высокая производительность. Преимущества лазерной резки численно превышают ее недостатки, наиболее существенным из которых представляется стоимость. При выборе между лазерной и плазменной резкой стоит обратить внимание на цену оборудования и часовую стоимость его эксплуатации, а также на толщину рабочего материала.

Лазерная резка металла: технологии и принципы работы

Лазерная резка металла признана одной из самых перспективных технологий раскроя листовых материалов, разрезания корпусных заготовок. Преимущества бесконтактного метода в высокой скорости, исключительной точности и образцовом качестве получаемого реза. По окончании кроя детали, полученные из заготовок, не требуют дальнейшей доработки, готовы для последующих операций. Гибкость настроек лазерной резки обуславливает возможность изготовления деталей сложной формы. С помощью этой прогрессивной технологии, в частности, получают:

  • комплектующие для сборки узлов машин, механизмов, летательных аппаратов, водных судов;
  • детали печных дымоходов, отопительных котлов, емкостей, резервуаров;
  • кованые изделия для ворот, калиток, ограждений, в том числе декоративные элементы;
  • торговое и промышленное оборудование;
  • комплектующие для монтажа стеллажей, изготовления эксклюзивной дизайнерской мебели;
  • трафареты, сувенирную продукцию, игрушки;
  • вывески, буквы;
  • ювелирные изделия, элементы для электроники;
  • посуду;
  • комплектующие для роботизированной техники.

Из наименования метода понятно, что лазерная резка реализуется посредством применения лазерного луча, получаемого с помощью специального оборудования. Луч фокусируют в определенном месте, где высокоплотная энергия активно разрушает материал. Линия реза плавится, металл при этом сгорает или удаляется газовой струей.

По сути при резке лазером металлический лист (стенка корпусной детали) прожигается насквозь. При этом режущая головка не касается поверхности заготовки, процесс ведется бесконтактно. Технология резки металла лазером одинаково хороша для работы с тонкими стальными листами и тугоплавкими сплавами. Направленным мощным лучом разрезают мягкие и твердые металлы: сталь, медь, алюминий, алюминиевую фольгу, серебро, сплавы, а также и другие материалы, например, стекло, пластик. Мощный поток имеет стабильные задаваемые рабочие параметры, поддерживаемые автоматически. Он не изнашивается, поэтому и рез получается идеально ровным, без сколов, зазубрин и окалины. Кромка не нуждается в шлифовании или другой механической обработке.

Крой с помощью лазерного луча демонстрирует наибольшую эффективность при штучном производстве и выпуске ограниченных партий продукции. Технология не требует предварительной подготовки форм, за счет этого экономична. Способ предпочтителен при работе с металлами с низким показателем теплопроводности. При крое материалов, легко проводящих тепло, может образовывать грат (заусенцы).

Методы лазерной резки

Существует два основных вида резки металлов лазерным лучом:

  1. Плавление;
  2. Испарение.

В мировой практике наиболее распространена лазерная резка металла плавлением. Обработка с использованием рабочих газов (кислород, азот, неон, гелий, аргон, их смеси, воздух, инертные газы) определяется как газолазерная резка. Газ, который подбирают, исходя из обрабатываемых материалов, позволяет повысить тепловую мощность на линии реза, уменьшить отражающую силу материала за счет активации окисления. Кроме того, он за счет направленности потока выдувает из области кроя продукты сгорания, металлический мусор и прочие частицы, охлаждает нагреваемую зону.

Наибольшую эффективность демонстрирует кислород, с ним заметно повышается скорость операций, результативность в отношении кроя толстостенных материалов. Азот используется в случаях, когда требуется сохранить структуру металла на кромке. Азот обладает свойством снижать температуру в области резки, сократить толщину окислов. Скорость обработки с применением азота заметно ниже, но в некоторых случаях сохранение структуры металла в месте реза является обязательным условием.

Газолазерная резка не допустима при работе с материалами, чувствительными к перегреву: легированными, цветными металлами. Лазерная обработка не подходит для разделения материалов, склонных к растрескиванию.

При испарении также происходит тепловое воздействие луча, линия реза сначала прогревается до температуры плавления, затем до показателей, при которых начинается кипение, улетучивание. Как уже отмечалось выше, бесконтактная резка металла испарением признана высокозатратной, возможна в отношении листов (заготовок) небольшой толщины.

Для реализации разделения испарением задействуется высокомощное оборудование, для нормального функционирования которого необходимо значительное количество энергии. Высокие затраты не всегда экономически оправданы, процесс фактически невозможно применить в отношении толстолистовых материалов. Метод обработки испарением применяют только для резки тонкостенных заготовок, раскроя листов малой толщины.

Способ сквозного прожигания посредством лазерного луча не нов, его начали использовать еще в 60-х годах прошлого столетия. С того времени технология совершенствовалась, модернизировалось оборудование для ее реализации.

Основные виды оборудования для лазерной резки

Лазерная резка металла осуществляется с помощью высокотехнологичного оборудования, которое принято классифицировать как:

  1. Газовые установки.
  2. Комплексы твердотельного типа.
  3. Газодинамические устройства.

Лазерные станки функционируют непрерывно или импульсно. В состав оборудования входит несколько узлов, каждый из которых отвечает за определенное действие, работает согласованно с остальными.

Газовые лазеры

Газовые установки отличаются компактными размерами, демонстрируют высокую мощность, рекомендованы для резки заготовок из сверхпрочных сплавов. Газ (углекислый, азот или гелий) закачивается в газоразрядную камеру, он является активным элементом. Побуждение газа выполняется посредством посыла непрерывных высокочастотных импульсов, под воздействием которых частицы газа дают монохроматическое (электромагнитное с малым разбросом частот) излучение. Наиболее распространены щелевидные газовые лазеры, активным компонентом в которых является углекислый газ. Щелевидные лазеры с поперечной прокачкой выигрывают благодаря компактности, способности вырабатывать высокую мощность, безопасности, удобству и простому управлению.

Твердотельные лазеры

Твердотельное оборудование для лазерной резки металла уступает газовым моделям по мощностным параметрам. В целом оно также обладает эксплуатационной простотой. Лазеры такого типа комплектуются твердым стержнем, изготовленным из алюмоиттриевого граната, рубина или неодимового (минерального) стекла. Возбуждение стержня осуществляется за счет непрерывной накачки световым потоком. Фокусирование и усиление излучения происходит системой отражателей, призмами, резонаторами.

Газодинамические лазеры

Газодинамические лазерные комплексы относятся к категории самого дорогостоящего оборудования. Активным веществом в них, как и в газовых, является газ, который предварительно подогревается до высоких температур. После подогрева рабочая смесь направляется в специальное сопло на сверхскорости, а затем охлаждается.

Резка материалов с помощью лазерного луча позволяет получать детали точных размеров, воплощать в реальность сложные в техническом плане задачи по изготовлению ответственных комплектующих, фигурных элементов для декорации. Этот способ обработки металлов имеет массу достоинств, как и у всех остальных технологий, у него есть свои недочеты.

Преимущества и недостатки лазерной резки

К достоинствам лазерной резки металлов принято относить:

  • Экономичность: обусловлена оперативностью процесса, высокой производительностью установок, безотходностью, отсутствием необходимости дополнительной обработки деталей.
  • Возможность кроя металлических заготовок в широком диапазоне толщин. Например, лазером можно резать нержавейку толщиной до 50 мм, алюминиевые листы толщиной от 0,2 до 20 мм.
  • Удобство выпуска ограниченных партий продукции без необходимости подготовки форм, выполнения литья и штамповки.
  • Отсутствие механического контакта лазера с обрабатываемой поверхностью: обеспечивает возможность резки тонких и хрупких заготовок без риска их повреждения.
  • Высокий уровень промышленной безопасности.

В станках для резки металлических заготовок лазером предусмотрено программное обеспечение, что значительно повышает результативность работы, исключает ошибки. В систему загружаются чертежи требуемого формата, далее программа сама обрабатывает полученные данные и выполняет настройку режимов резки. Это исключает влияние человеческого фактора, гарантирует высокую скорость и точность обработки.

К недостаткам технологии резки с применением лазера принято относить существенные расходы. Метод штамповки деталей, например, более экономичен, чем лазерная резка. Но если в общую стоимость деталей, полученных штампованием, включить сумму затрат на технологическую оснастку, то их цена фактически будет такой же, как если бы их изготавливали с помощью лазерного станка. Кроме того, к недочетам лазерной резки относят ограничения по толщине материалов.

Применение бесконтактной газолазерной резки металлов в промышленном производстве становится все более востребованным. Однако высокотехнологичный метод пока не может полностью заменить устоявшиеся способы обработки металлов резанием. Несмотря на то, что есть реальная перспектива снижения суммы затрат на реализацию лазерной резки, стоимость ее остается достаточно высокой. Таким образом резка материалов лазерным лучом является экономически оправданной при условии рационального ее внедрения, когда традиционные технологии требуют слишком больших трудозатрат и времени или применить их представляется невозможным.

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Основы лазерной резки

Лазерный резак — это оборудование для создания прототипов, для резки и гравировки плоских материалов, используемое инженерами, дизайнерами и художниками. Мы рассмотрим принципы лазерной резки, как работает лазерный резак и в каких сферах используется.

Где используются лазерные резаки?

Лазерные резаки используют тонкий сфокусированный луч лазера для прорезания и прокалывания материалов, чтобы вырезать узоры и геометрические фигуры, заданные дизайнерами.

Кроме резки, лазерные резаки могут растрировать или гравировать рисунки на заготовках материала. Они нагревают поверхность заготовки, тем самым выжигая верхний слой материала, чтобы изменить его внешний вид в месте выполнения растровой операции.

Станки лазерной резки с ЧПУ — очень удобный инструмент, когда дело доходит до прототипирования и производства. Часто они используются в механических цехах в промышленных масштабах для резки больших кусков материала и для лазерной резки деталей.

Также они используются производителями оборудования для быстрого создания дешевых прототипов. И являются инструментами, которые используют производители и художники для воплощения своих цифровых дизайнов в физический мир.

Принципы работы лазерных станков

Какой принцип работы лазерной резки? Лазерный резак — это тип станков с ЧПУ (с числовым программным управлением). Это означает, что он управляется с помощью компьютера. Дизайнер может спроектировать что-то в специальной программе для лазерной резки и дизайна, а затем отправить его на станок для лазерной резки, чтобы он вырезал созданный дизайн.

После того, как дизайн отправляется на станок для лазерной резки с ЧПУ, станок активирует лазерный луч для вырезания материала. Лазерные резаки — отличный универсальный инструмент, потому что их можно использовать для создания самых разных стилей дизайна. Станки лазерной резки используются для чего угодно, от прототипов карт до растровых изображений.

Обычные лазерные резаки в основном используются для резки таких материалов, как дерево, пластмассы, бумаги и картона, хотя есть более мощные лазерные резаки, которые могут разрезать металлы и более толстые материалы.

Лазерные резаки могут быть очень быстрыми и могут производить детали за несколько минут. Как и 3D-принтеры , лазерные резаки — это машины для быстрого прототипирования; они позволяют дизайнерам быстро и дешево дорабатывать свои проекты, прежде чем они начнут выпускать продукты в более крупных масштабах.

Как происходит лазерная резка?

Существует несколько различных типов лазерных резаков, но все они, по сути, используют один и тот же процесс использования лазера для резки материала.

Лазер исходит из лазерного резонатора, который посылает луч интенсивного света через систему зеркал на режущую головку. Внутри режущей головки лазер фокусируется через линзу и сужается до очень тонкого концентрированного луча.

Этот луч проецируется вниз на материал и может разрезать или растрировать сырье.

Лазерная головка для резки обычно устанавливается на так называемом XY-портале, который представляет собой механическую систему, приводимую в движение ремнем или цепью. Цепь, в свою очередь, обеспечивает точное перемещение режущей головки в пределах заданной прямоугольной области (рабочего поля).

Портал позволяет лазерной головке перемещаться вперед и назад по заготовке, чтобы она могла делать точные разрезы в любом месте на станине. Для того, чтобы лазер действительно резал, фокус линзы должен находиться на поверхности материала, через который он прорезает. Все лазерные резаки требуют процедуры фокусировки перед резкой, чтобы обеспечить хорошую резку.

Разница между типами лазерных станков заключается в том, какие типы лазеров есть в станках. Тип лазера определяет, какой материал и какую толщину материала он может прорезать, потому что разные типы лазеров имеют разные диапазоны мощности.

Обычно лазеры большей мощности используются в промышленных масштабах для вырезания больших участков листового металла или пластика, тогда как лазеры меньшей мощности используются для широкого спектра более тонких, потенциально воспламеняющихся материалов, таких как бумага и карточки, дерево и пластмасса.

голоса
Рейтинг статьи
Читать еще:  Фигурная резка по дереву: обзор основных приспособлений
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector