Лазерная резка металла преимущества и недостатки



Виды лазерных станков ЧПУ

В настоящее время лазерные станки с ЧПУ широко используются во многих областях промышленности для решения множества различных технологических задач. Высокая популярность лазерных станков обусловлена несколькими факторами: высокая точность и скорость обработки, простое управление и обслуживание станка, управляющая программа с интуитивно понятным интерфейсом и возможностью загрузки готовых рабочих чертежей и, самое важное, снижение затрат на производство.

Лазерное оборудование различается между собой в первую очередь типом излучателя. На данный момент наиболее распространены два типа лазеров: газовые (СО2) и твердотельные (волоконные, дисковые и YAG-лазеры на кристалле алюмоиттриевого граната). Несмотря на то, что газовые лазеры производятся и применяются уже относительно давно, а волоконные и дисковые только набирают популярность, каждый лазерный источник имеет свои преимущества и недостатки, и делать выбор стоит, исходя из конкретных и индивидуальных целей и задач.

Твердотельный YAG-лазер

В твердотельных YAG-лазерах активная среда представляет собой стержень алюмоиттриевого граната, а накачка осуществляется газоразрядными лампами либо лазерными диодами. За счет высокой пиковой мощности и большого размера пятна YAG-лазер хорошо подходит для микросварки, а параметры излучения (мощность, длительность импульса) с высокой точностью регулируются изменением напряжения на лампе/диоде накачки. Однако, под воздействием ламп/диодов накачки и вследствие постоянного нагрева кристаллический стержень со временем деформируется, что приводит к значительному ухудшению качества луча, вплоть до выхода из строя всей установки. Кристалл имеет непродолжительный срок службы, а дорогостоящие диоды накачки также требуют периодической замены.

Структурная схема твердотельного YAG-лазера с диодной накачкой:

1 – заднее (глухое) зеркало; 2 – диоды накачки; 3 – кристаллический стержень; 4 – корпус резонатора; 5 – заслонка; 6 – выходное зеркало; 7 – модулятор; 8 – фокусирующая система

Дисковый лазер

Одним из решений проблемы перегрева активной среды в твердотельных лазерах стало принципиальное изменение конструкции. Высокая эффективность охлаждения достигается за счет использования формы диска с большой площадью поверхности вместо стержня. Тонкий лазерный диск соединен с теплоотводящей системой кондуктивного типа. Особенности конструкции дискового лазера позволяют генерировать высокоинтенсивное излучение очень большой мощности при практически полном отсутствии паразитных оптических эффектов. Однако, для подавляющего большинства стандартных технологических операций не требуется настолько большая мощность излучения, которую способен генерировать дорогостоящий дисковый лазер.

1 – луч накачки; 2 – параболическое зеркало; 3 – выходное зеркало; 4 – преломляющие призмы; 5 – дисковый кристалл

Волоконный лазер

В данных типах лазеров в качестве активной (усиливающей) среды выступает оптоволокно, легированное ионами редкоземельных элементов (таких как эрбий, неодим или иттербий), а накачка осуществляется с помощью лазерных диодов. Излучение полностью формируется внутри активного оптического волокна, что исключает потребность в юстировке резонатора. Малый размер пятна, характерный для волоконных лазеров, обеспечивает хорошее качество реза при раскрое металла. Высокоэффективный процесс генерации позволяет использовать воздушное охлаждение, упростить эксплуатацию установки и уменьшить ее габаритные размеры. Обычно конструкция волоконных лазеров представляет собой отдельный модуль с выводом оптоволоконного кабеля, что значительно упрощает интеграцию лазерного источника в станок с ЧПУ.

1 – сердцевина волокна, легированная ионами редкоземельных металлов; 2 – кварцевое волокно (Ø 400-600 мкм); 3 – полимерная оболочка; 4 – внешнее защитное покрытие; 5 – диоды накачки; 6 – оптическая система накачки; 7 – оптоволокно; 8 – коллиматор; 9 – модулятор; 10 – фокусирующая система

В настоящий момент лидером среди компаний, выпускающих волоконные лазерные источники, является американский бренд IPG Photonics. У корпорации есть представительства во многих странах, включая также и Россию. Лазерные источники производства IPG Photonics известны своей непревзойденной надежностью и эффективностью, и среди их основных достоинств можно выделить длительный эксплуатационный период, высокую стабильность излучения, собственный метод легирования оптоволокна, отличное качество луча, а также компактность лазерного модуля и расширенный функционал. Единственным недостатком является высокая стоимость лазерного источника.

Второй, негласный лидер среди поставщиков волоконных лазеров — китайская компания Raycus, целью которой является производство качественного, но недорогого и доступного оборудования для применения в широком спектре областей промышленности. Лазерные излучатели Raycus полностью идентичны излучателям производства IPG Photonics (что подтверждается соответствующими международными сертификатами качества), но их стоимость в десятки раз ниже.

На основании вышеизложенного, оптимальным решением при выборе лазерного источника для обработки металла будет волоконный лазер. Отсутствие проблемы перегрева активной среды; мощность излучения, достаточная для выполнения большинства технологических задач; герметично закрытый модуль резонатора, не нуждающийся в техническом обслуживании и расходных материалах, продолжительный срок службы и приемлемое соотношение цена-качество (если говорить о волоконных лазерах производства компании Raycus).

Тем не менее, лазерные станки с ЧПУ с волоконными источниками излучения также различаются между собой: по назначению (резка, сварка, гравировка, раскрой труб), по габаритным размерам установки и размерам рабочего поля, по мощности лазерного излучения, по типу обрабатываемых заготовок (листовой металл/металлические трубы) и многим другим параметрам.

Компания-производитель лазерных станков с ЧПУ SEKIRUS предлагает широкий ассортимент оборудования для металлообработки, способного удовлетворить любые технологические потребности, гарантируя при этом высокое качество изделий и хорошую производительность станка. Некоторые модели и их основные характеристики представлены в таблице ниже.

Читайте также:  Демонтаж старой сигнализации Land cruiser

Источник

Лазерная резка металла: преимущества и недостатки

Полезность и применяемость лазеров была понята далеко не сразу. А первые установки, генерирующие лазерное излучение, вообще считали приборами, для которых сначала нужно найти задачи, которые они способны решать. Сейчас ценность таких установок не подлежит сомнению. Сначала их активно начали использовать автомобильные, авиационные и судостроительные предприятия. Позднее они нашли применение и в других отраслях промышленности.

Как работают установки лазерного излучения

Чтобы понять, как работают установки лазерного излучения, можно вспомнить всем нам знакомый способ выжигания по дереву с помощью увеличительного стекла. В этом случае сфокусированный солнечный свет нагревает ограниченный участок поверхности, на которую направлен.

Лазерное излучение тоже является световым. Для его появления поток света пропускают через несколько оптических призм и зеркал, добиваясь появления сфокусированного узконаправленного луча. Он способен нагревать поверхность, на которую направлен, значительно быстрее и сильнее луча, сфокусированного с помощью линзы, потому что имеет намного меньшую площадь поперечного сечения и значительно бо́льшую силу потока.

Строго говоря, воздействие на поверхность оказывает поток квантов электромагнитного излучения – фотонов.

Хорошей установкой считается та, которая может точно фокусировать и сохранять стабильность лазерного луча. Обработка металла происходит в три этапа: сначала луч нагревает его до температуры плавления, затем материал закипает и начинает испаряться, а после этого рабочий орган установки начинает двигаться по заданной траектории, вырезая деталь нужной конфигурации.

При большой глубине реза для выведения расплавленного металла из рабочей зоны используют струю вспомогательного газа. Это может быть инертный газ, кислород или воздушная смесь. Установки, в которых используется вспомогательный газ, называют «газолазерными резаками».

Кислород очень удобен в качестве вспомогательного газа. Он не только выводит расплавленный металл и его оксиды из рабочей зоны, но и увеличивает скорость работы.

Это установка лазерной резки, которую использует наша компания

Какие установки используют для лазерной резки металла

Для лазерной резки металла можно использовать три вида установок:

  1. В твердотельных в качестве рабочего тела используют соединения редкоземельных элементов или кристаллы (сапфир, гранат, рубин).
  2. В газовых – смеси инертных газов.
  3. В волоконных – оптическое волокно.

Рабочее тело – это основная часть лазерной установки, которая и создает поток фотонов, воздействующих на металл. Для этого его заряжают (накачивают) с помощью источника энергии. Им может быть импульсная или дуговая лампа, лазерный диод, электрический разрядник или взрывчатое вещество.

Современные высокоточные установки лазерной резки металла с ЧПУ способны обрабатывать заготовки площадью несколько квадратных метров и обеспечивать точность работы до 0,005 мм. За счет автоматизации процесса в них минимизирован человеческий фактор.

Так, управление рабочим столом и лазером выполняет программный блок, эффективность резки обеспечивает автоматическая система настройки фокуса, за поддержание температуры установки в приемлемых пределах отвечают теплообменники, а клапанные механизмы своевременно подают в зону реза вспомогательный газ.

Какие металлы можно резать лазером

Самое важное свойство металла для лазерной резки – теплопроводность. Чем она ниже, тем проще сконцентрировать тепло на ограниченном участке. Например, сталь имеет низкую теплопроводность, поэтому плавится и режется быстро. А медь, наоборот, отличается высокой теплопроводностью. В результате тепло быстро распространяется по всему объему разрезаемой заготовки, поэтому для успешной работы понадобится больше энергии.

В целом услуги лазерной резки металла востребованы для таких материалов:

  • сталь толщиной до 30 мм;
  • алюминиевые сплавы толщиной до 20 мм;
  • медь толщиной до 15 мм;
  • латунь и нержавеющая сталь толщиной до 12 мм.

Минимальная толщина листового металла для лазерной резки – 0,2 мм.

Такие детали можно изготавливать с помощью установки лазерной резки

Плюсы и минусы лазерной резки металлов

К преимуществам лазерной резки мы можем отнести:

  • высокую точность работы, позволяющую изготавливать детали сложной конфигурации, а также изделия, имеющие дизайнерскую ценность, и декоративные элементы;
  • возможность экономно расходовать металл за счет очень малой площади сечения лазерного луча и низкого процента отходов;
  • способность работать с очень тонкими металлами без нанесения повреждений и деформации;
  • высокую скорость резки, достигающую 60 м/ч;
  • отсутствие необходимости дополнительно обрабатывать кромки полученных деталей после резки лазером;
  • возможность обрабатывать разные металлы и сплавы.

Из недостатков следует выделить ограничение по толщине разрезаемого листового металла и высокую стоимость установок.

Заключение

С помощью лазера металл лучше резать в тех случаях, когда нужна высокая точность и качество работы, а заготовка имеет небольшую толщину (чаще всего до 20 мм). При значительной толщине листового проката отличной альтернативной этому способу обработки считается плазменная резка.

Источник

Виду установок лазерной резки

Полезность и применяемость лазеров была понята далеко не сразу. А первые установки, генерирующие лазерное излучение, вообще считали приборами, для которых сначала нужно найти задачи, которые они способны решать. Сейчас ценность таких установок не подлежит сомнению. Сначала их активно начали использовать автомобильные, авиационные и судостроительные предприятия. Позднее они нашли применение и в других отраслях промышленности.

Читайте также:  Установка камеры заднего вида в KIA Cee d КИА Сид

Как работают установки лазерного излучения

Чтобы понять, как работают установки лазерного излучения, можно вспомнить всем нам знакомый способ выжигания по дереву с помощью увеличительного стекла. В этом случае сфокусированный солнечный свет нагревает ограниченный участок поверхности, на которую направлен.

Лазерное излучение тоже является световым. Для его появления поток света пропускают через несколько оптических призм и зеркал, добиваясь появления сфокусированного узконаправленного луча. Он способен нагревать поверхность, на которую направлен, значительно быстрее и сильнее луча, сфокусированного с помощью линзы, потому что имеет намного меньшую площадь поперечного сечения и значительно бо́льшую силу потока.

Строго говоря, воздействие на поверхность оказывает поток квантов электромагнитного излучения – фотонов.

Хорошей установкой считается та, которая может точно фокусировать и сохранять стабильность лазерного луча. Обработка металла происходит в три этапа: сначала луч нагревает его до температуры плавления, затем материал закипает и начинает испаряться, а после этого рабочий орган установки начинает двигаться по заданной траектории, вырезая деталь нужной конфигурации.

При большой глубине реза для выведения расплавленного металла из рабочей зоны используют струю вспомогательного газа. Это может быть инертный газ, кислород или воздушная смесь. Установки, в которых используется вспомогательный газ, называют «газолазерными резаками».

Кислород очень удобен в качестве вспомогательного газа. Он не только выводит расплавленный металл и его оксиды из рабочей зоны, но и увеличивает скорость работы.

Это установка лазерной резки, которую использует наша компания

Какие установки используют для лазерной резки металла

Для лазерной резки металла можно использовать три вида установок:

  1. В твердотельных в качестве рабочего тела используют соединения редкоземельных элементов или кристаллы (сапфир, гранат, рубин).
  2. В газовых – смеси инертных газов.
  3. В волоконных – оптическое волокно.

Рабочее тело – это основная часть лазерной установки, которая и создает поток фотонов, воздействующих на металл. Для этого его заряжают (накачивают) с помощью источника энергии. Им может быть импульсная или дуговая лампа, лазерный диод, электрический разрядник или взрывчатое вещество.

Современные высокоточные установки лазерной резки металла с ЧПУ способны обрабатывать заготовки площадью несколько квадратных метров и обеспечивать точность работы до 0,005 мм. За счет автоматизации процесса в них минимизирован человеческий фактор.

Так, управление рабочим столом и лазером выполняет программный блок, эффективность резки обеспечивает автоматическая система настройки фокуса, за поддержание температуры установки в приемлемых пределах отвечают теплообменники, а клапанные механизмы своевременно подают в зону реза вспомогательный газ.

Какие металлы можно резать лазером

Самое важное свойство металла для лазерной резки – теплопроводность. Чем она ниже, тем проще сконцентрировать тепло на ограниченном участке. Например, сталь имеет низкую теплопроводность, поэтому плавится и режется быстро. А медь, наоборот, отличается высокой теплопроводностью. В результате тепло быстро распространяется по всему объему разрезаемой заготовки, поэтому для успешной работы понадобится больше энергии.

В целом услуги лазерной резки металла востребованы для таких материалов:

  • сталь толщиной до 30 мм;
  • алюминиевые сплавы толщиной до 20 мм;
  • медь толщиной до 15 мм;
  • латунь и нержавеющая сталь толщиной до 12 мм.

Минимальная толщина листового металла для лазерной резки – 0,2 мм.

Такие детали можно изготавливать с помощью установки лазерной резки

Плюсы и минусы лазерной резки металлов

К преимуществам лазерной резки мы можем отнести:

  • высокую точность работы, позволяющую изготавливать детали сложной конфигурации, а также изделия, имеющие дизайнерскую ценность, и декоративные элементы;
  • возможность экономно расходовать металл за счет очень малой площади сечения лазерного луча и низкого процента отходов;
  • способность работать с очень тонкими металлами без нанесения повреждений и деформации;
  • высокую скорость резки, достигающую 60 м/ч;
  • отсутствие необходимости дополнительно обрабатывать кромки полученных деталей после резки лазером;
  • возможность обрабатывать разные металлы и сплавы.

Из недостатков следует выделить ограничение по толщине разрезаемого листового металла и высокую стоимость установок.

Заключение

С помощью лазера металл лучше резать в тех случаях, когда нужна высокая точность и качество работы, а заготовка имеет небольшую толщину (чаще всего до 20 мм). При значительной толщине листового проката отличной альтернативной этому способу обработки считается плазменная резка.

Источник

Лучшие лазерные станки для резки металла

Сфокусированная в лазерном луче мощная энергия может быть использована в обработке материалов. Для чего собственно и созданы станки, обеспечивающие применение лазерных установок для производства деталей точных размеров, не требующих дальнейшей обработки.

Устройство оборудования — принцип работы

Главными элементами лазерного станка являются генератор излучения и лазерная (оптическая) головка, которая окончательно формирует направление луча к точке обработки. Основные комплектующие, составляющие конструкцию лазерной головки:

  • в верхней части находится последнее из системы зеркал, формирующее подачу луча к поверхности обрабатывающего материала;
  • в средней части располагается фокусирующая линза, сужающая диаметр луча до минимальных размеров;
  • в нижней части находится сопло, выполняющее функции направления сфокусированного луча в точку обработки.

Луч, имеющий высокую температуру и концентрацию энергии, попадая на поверхность материала, выжигает ее, создавая сквозной рез. Регулировкой настройки параметров луча, можно добиться снятия лишь верхнего слоя, что позволит выполнять гравировальные работы.

Читайте также:  Открытая установка трансформаторов это

Обрабатываемая заготовка располагается на поверхности рабочего стола, установленного на станине станка, обеспечивающего ему жесткость конструкции. Лазерная головка закрепляется на подвижной части станка, которая перемещаясь по вертикали и горизонтали, выполняет необходимую обработку заготовки. На станках с ЧПУ привод портала с лазерным оборудованием осуществляется подачей команд на электродвигатели и сервомоторы.

Преимущества

Лазерная резка имеет много достоинств, самые существенные из них следующие:

  • при выполнении технологической операции отсутствует непосредственный контакт с поверхностью обрабатываемого изделия, что делает возможным резать без повреждений хрупкие и легко деформируемые материалы;
  • края заготовки после обработки выполняются с высокой точностью и не требуют дополнительной обработки;
  • технологический процесс легко поддается автоматизации, выполняется с высокой скоростью обработки любых материалов от пластика до твердого сплава;
  • технология способна изготавливать изделия самых сложных дизайнерских форм, при этом образуется минимум отходов.

Недостатки

  • оборудование имеет значительную продажную цену и даже высокая производительность не делает себестоимость изделия конкурентной по сравнению с некоторыми другими технологиями резки;
  • ограниченность в применении обрабатываемых толщин — резка толстых заготовок приводит к увеличению расхода электроэнергии и потере качества обработки, присутствующих при резке тонких материалов.

Альтернативны лазерной резке

Рубка металла на гильотине Главное преимущество перед лазерной резкой в дешевизне и доступности оборудования. Технологическая себестоимость гильотинной обработки практически не оказывает влияния на конечную цену изделия. Недостатки технологии: в отличие от лазерной технологии точность реза невысока, он имеет заусенцы даже при хорошо заточенных ножах и выставленном зазоре, выполняться может только прямой рез. Обработка кромок — обязательная дополнительная технологическая операция. Резка на ленточнопильных станках В отличие от лазерной резки ленточнопильный станок практически не ограничен в габаритах толщин обрабатываемых заготовок. Применение пакетного способа резки сокращает трудоемкость работ, приближая к временным затратам при выполнении технологией лазерной резки каждой отдельной заготовки из пакета. Качество обработки кромок реза не совсем, но приближается обработке их лазерной технологией и требует минимальной доработки. Плазменная резка Высокопроизводительная, как и лазерная, но толщина обрабатываемых заготовок значительно больше. Низкая точность и плохое качество реза, термическое влияние на металл в зоне обработки увеличивают затраты на дальнейшую подготовку кромок. Гидроабразивная резка Гидроабразивная технология позволяет резать большие по толщине заготовки, чем при лазерной резке, получая при этом вполне приемлемые точность и качество реза. Отсутствует термическое воздействие на металл. Однако технология рассчитана на применение дорогого кварцевого песка, что увеличивает себестоимость изготавливаемой продукции. Скорость обработки ниже, чем у лазерной и плазменной резок.

Сферы применения

Возможность обработки лазерной резкой практически любых материалов делает область ее применения достаточно широкой. Из большого количества разных производственных направлений можно выделить следующие, наиболее известные:

  • металлообработка (автомобильная и авиационная промышленность, судостроение, космическая индустрия и другие);
  • деревообработка (мебельное производство, фанерные макеты, раскрой паркетных досок и другие);
  • производство рекламной продукции (резка букв, наглядных макетов, ростовых фигур и другие);
  • легкая и обувная промышленность (раскрой материала в ателье и на швейных фабриках, создание лекал, выкроек для одежды и обуви и другие);
  • производство сувенирно-подарочной продукции;
  • изготовление печатей и штампов;
  • маркировка продукции, которая выполняется на станках, работающих по принципу гравировального лазерного оборудования, отличается четкостью изображения и долговечностью.

Виды лазерной резки

Форма и размеры материалов при лазерной обработке изменяются под действием двух эффектов, вызванных излучением: плавлением и испарением. Для доведения процесса до испарения нужен мощный источник излучения. Поэтому резка с эффектом испарения применяется только для обработки тонких листов. Для выполнения лазерной резки методом плавления в качестве вспомогательного материала используется газ (азот, кислород, инертные газы, воздух), который удаляет расплавленный металл.

Виды оснащения для обработки

Разнообразие технических задач и требований к обрабатываемым деталям с помощью лазерной резки делают этот рынок оборудования весьма обширным по конструктивному исполнению. Классификация по категориям может быть по виду активной среды, по типу энергии возбуждения, по назначению, по степени автоматизации оборудования, по размерному ряду и мощности установки.

С газовыми и твердотельными источниками

Одним из важных элементов квантового генератора является активная среда. Существующее оборудование по типу активной среды может оснащаться как газовыми, так и твердотельными установками. Различаются они друг от друга длиной волны излучения. Этот параметр влияет на прозрачность при поглощении энергии луча различными материалами.

Длина волны газовых установок хорошо воспринимается неметаллическими материалами — деревом, пластиком, кожей и другими. Твердотельные вырабатывают луч с длиной волны, которая эффективно работает с металлами.

Комплексы с ЧПУ

Технологический процесс лазерной резки не представляет труда автоматизировать с помощью средств числового управления. Установка с лазером способна перемещаться по самой замысловатой траектории, сохраняя при этом высокую скорость. Сложные карты раскроя металлических листов с использованием твердотельных установок или контуры в виде художественного произведения на листах фанеры с помощью газовых лазеров — можно выполнить на программном станке.

Источник

Adblock
detector