Меню Рубрики

Установки лазерной резки применение

Лазерная резка: как она работает

Лазерную резку используют для раскроя листовых материалов, чаще всего – металлов. Одно из ее главных отличий – возможность изготовления деталей со сложным контуром.

Принципы работы лазерной резки

Использование этого метода основано на тепловом воздействии лазерного излучения на материалы. При этом разрезаемый металл нагревается сначала до температуры плавления, а потом до температуры кипения, при которой он начинает испаряться. Лазерная резка испарением требует высоких энергозатрат, поэтому ее используют для работы с тонкими металлами.

Относительно толстые листы разрезают при температуре плавления. Чтобы облегчить этот процесс, в зону резки подается газ: азот, гелий, аргон, кислород или воздух. Его задача – удалять из зоны резки расплавленный металл и продукты его сгорания, поддерживать горение металла и охлаждать прилегающие зоны. Наиболее эффективен для этого кислород. Он заметно увеличивает скорость и глубину резки.

Подробнее о процессе лазерной резки можно узнать из видео ниже:

Параметры резки разных металлов

Скорость резки зависит не только от мощности лазера и толщины металла, но и от его теплопроводности. Чем она выше, тем интенсивнее отводится тепло из зоны резки и тем более энергозатратным будет весь процесс. Так, если лазером мощностью 600 Вт можно легко разреза́ть черные металлы или титан, то алюминий или медь, обладающие высокой теплопроводностью, обрабатывать значительно сложнее. Средние параметры для работы с разными металлами выглядят следующим образом:

сталь Титан Толщина, мм 1,0 1,2 2,2 3,0 1,0 1,3 2,5 3,2 0,6 1,0 Мощность лазера, Вт 100 400 850 400 100 400 400 400 250 600 Скорость резания, м/мин 1,6 4,6 1,8 1,7 0,94 4,6 1,27 1,15 0,2 1,5

Виды лазерной резки

Лазерные установки состоят из трех основных частей:

  1. Рабочей (активной) среды. Она является источником лазерного излучения.
  2. Источника энергии (системы накачки). Он создает условия, при которых начинается электромагнитное излучение.
  3. Оптического резонатора. Система зеркал, усиливающих лазерное излучение.

По типу рабочей среды лазеры для резки делят на три вида:

  1. Твердотельные. Их основным узлом является осветительная камера. В ней находятся источник энергии и твердое рабочее тело. Источником энергии служит мощная газоразрядная лампа-вспышка. В качестве рабочего тела используют стержень из неодимового стекла, рубина или алюмо-иттриевого граната, легированного неодимом или иттербием. По торцам стержня устанавливают два зеркала: отражающее и полупрозрачное. Лазерный луч, излучаемый рабочим телом, многократно отражается внутри него, усиливается в ходе отражений и выходит через полупрозрачное зеркало.

К твердотельному виду относятся и волоконные лазеры. В них излучение усиливается в стекловолокне, а источником энергии служит полупроводниковый лазер.

Так устроен твердотельный лазер

Для понимания механизма работы лазера можно рассмотреть установку с рабочим телом в виде стержня из граната, легированным неодимом. Ионы последнего и служат активными центрами. Поглощая излучение газоразрядной лампы, ионы переходят в возбужденное состояние, то есть у них появляется излишек энергии.

Ионы возвращаются в исходное состояние и отдают энергию в виде фотона – электромагнитного излучения или по-другому света. Фотон вызывает переход в обычное состояние других возбужденных ионов. В итоге процесс нарастает лавинообразно. Зеркала способствуют движению луча в определенном направлении. Многократно возвращая фотоны в рабочее тело при отражении, они способствуют образованию новых фотонов и усилению излучения. Его основные характеристики – малая расходимость луча и высокая концентрация энергии.

  1. Газовые. В них рабочим телом является углекислый газ или его смесь с азотом и гелием. Газ прокачивается насосом через газоразрядную трубку. Он возбуждается с помощью электрических разрядов. Для усиления излучения устанавливают отражающее и полупрозрачное зеркало. В зависимости от особенностей конструкции такие лазеры бывают с продольной и поперечной прокачкой, а также щелевые.

Так устроен газовый лазер с продольной прокачкой

  1. Газодинамические. Эти лазеры самые мощные. В них рабочим телом является углекислый газ, нагретый до 1 000–3 000 °К (726–2726 °С). Он возбуждается с помощью вспомогательного маломощного лазера. Газ со сверхзвуковой скоростью прокачивается через суженный посередине канал (сопло Лаваля), резко расширяется и охлаждается. В результате его атомы переходят из возбужденного в обычное состояние и газ становится источником излучения.

Схема работы газодинамического лазера

Преимущества и недостатки лазерной резки

Можно выделить следующие преимущества лазерной резки металлов:

  • Нет механического контакта с поверхностью разрезаемого металла. Это делает возможным работу с легкодеформируемыми или хрупкими материалами.
  • Можно разрезать металлы разной толщины. Сталь в пределах 0,2–30 мм, алюминиевые сплавы – 0,2–20 мм, медь и латунь – 0,2–15 мм.
  • Высокая скорость резки.
  • Возможность изготовления изделий с любой конфигурацией.
  • Чистые кромки разрезаемого металла и низкое количество отходов.
  • Высокая точность работы – до 0,1 мм.
  • Экономный расход листового металла за счет более плотной раскладки деталей на листе.
Читайте также:  Установка каталитического риформинга с непрерывной регенерацией

Недостатками лазерной резки считаются высокое энергопотребление, дорогое оборудование.

Назначение и критерии выбора лазерной резки

Лазерную резку используют для обработки не только металлов, но и резины, линолеума, фанеры, полипропилена, искусственного камня и даже стекла. Она востребована при изготовлении деталей для различных приборов, электротехнических устройств, сельскохозяйственных машин, судов и автомобилей. Такой способ раскроя материала используют для получения жетонов, трафаретов, указателей, табличек, декоративных элементов интерьера и многого другого.

Основной критерий выбора вида лазерной резки – тип обрабатываемого материала. Так, углекислотные лазеры подходят для резки, гравировки, сварки разных материалов – металла, резины, пластика, стекла.

Твердотельные волоконные установки оптимальны при раскрое латунных, медных, серебряных или алюминиевых листов, но не подходят для неметаллов.

источник

Применение лазерных станков

Лазерные технологии интенсивно используются во многих сферах, причем, речь идет не только о промышленных отраслях, но и об индивидуальном применении. Цена на лазерный станок далеко не бюджетная, даже когда речь идет о малогабаритном оборудовании, однако этот единственный недостаток с лихвой компенсируется массой достоинств:

  • лазерный луч является единственным и универсальным инструментом оборудования. Он режет, гравирует, маркирует материалы и создает в них отверстия. Соответственно, исключаются дополнительные финансовые и трудозатраты на приобретение различных по форме и диаметру резаков и их переустановку;
  • способность обрабатывать большое количество материалов, различных по плотности, твердости и толщине;
  • точность позиционирования луча на плоскости имеет минимальные погрешности, которые невозможно различить на глаз, поэтому лазер является единственным инструментом, способным вырезать абсолютно идентичные прецизионные заготовки, причем, делать это на скорости, недоступной для любого другого типа оборудования;
  • диаметр сфокусированного лазерного излучения меньше миллиметра, что позволяет с высокой степенью детализации вырезать им фигуры с контуром любой степени сложности, например, заготовки с острыми углами или вензельные узоры;
  • практически полная безотходность при использовании листовых материалов, что обусловлено, малым диаметром луча и высокоточным позиционированием лазерного пятна на поверхности. Благодаря этим двум факторам большое количество заготовок можно разместить на листе впритык друг к другу с минимальным зазором или вообще без него;
  • отсутствие дополнительных расходов на крепежные приспособления, так как луч обрабатывает материалы бесконтактно, и, соответственно, не оказывает механического воздействия, способного сместить поверхность для раскроя или заготовку;
  • из предыдущего пункта вытекает еще один плюс лазерной обработки — это отсутствие физических повреждений поверхности как самим инструментом, так и различными зажимными устройствами, которые могут оставлять царапины или трещины. Сам же луч, несмотря на очень высокую температуру, не вызывает термических и прочих деформаций материалов и воздействует на них точечно, исключительно в зоне реза.

Лазерный станок: применение

Как уже говорилось, оборудование на основе лазерного излучения нашло широкое применение и используется для резки и гравировки практически любых относительно твердых материалов. Лидирующие места в длинном перечне занимают пластики, ткани, нетканые материалы, резина, фанера, и пенопласт. С некоторыми оговорками лазер работает и с металлами. Для этой группы материалов используются либо волоконные устройства, либо углекислотные станки, но только при условии нанесения на поверхность заготовок и т. д. специальной термопасты. Именно благодаря такой универсальности в плане подходящего для обработки сырья и объясняется повсеместное использование лазера в различных производственных направлениях. Как и в ситуации со списком материалов, перечисление всех сфер применения оборудования такого плана практически невозможно, поэтому укажем наиболее популярные:

  • металлообработка — лазерный луч используют в автомобильной и авиационной отрасли, судостроении, космическом и военно-промышленном комплексе для высокоточной резки металлов, создания в них отверстий и сварных работ. Благодаря своему диаметру и высокой температуре такой инструмент способен выполнять сложноконтурный раскрой в металлах любой твердости, включая создание острых углов, узких резов и тончайших перемычек (менее миллиметра шириной);
  • деревообработка — речь идет преимущественно о выпуске всех видов мебельной продукции (спальни, кухни, шкафы-купе, мебель для учреждений и офисов, торговая, выставочная и т. д.). На лазерном станке режут все элементы корпуса и накладки. Также с его помощью изготавливают также паркетную доску, кроят рейки, делают штык-пазы, выпускают фанерные макеты, пазлы и конструкторы и т. д.;
  • рекламная деятельность — еще одна область, в которой лазерные технологии используются очень активно. Это резка световых коробов, букв из акрила для наружного и внутреннего размещения, штендеров, ростовых фигур из фанеры, рекламных макетов из пенопласта, раскрой виниловой пленки, производство визиток и многое другое;
  • легкая и обувная промышленность — лазерный луч является прекрасным инструментом для многослойной резки тонких материалов, поэтому в раскройных цехах ателье и швейных фабрик станки для лазерной резки можно встретить также часто, как и на автомобильных заводах. Устройства используют для создания лекал, выкроек и нанесения декоративной перфорации на элементы одежды и обуви. Выбор лазерного станка для обработки текстиля;
  • сувенирно-подарочное производство — декоративная упаковка, открытки, календари, брелоки плоской формы, магниты и многое другое в большинстве случаев вырезается на лазерном станке, который позволяет выпускать большие объемы совершенно идентичной серийной продукции в кратчайшие сроки. Советы по выбору лазерного станка для обработки картона;
  • изготовление штампов и печатей — продукция такого плана, выполненная при помощи лазерный технологий, считается одной из самых точных и долговечных, поэтому большинство печатей сегодня делают именно на станках, работающих по этому принципу;
  • handmade — очень большой пласт изделий, создаваемых при помощи лазера. Сюда входят аппликации из ткани и нетканых материалов, подарочные и тематические фигурки из фанеры, картона, фетра, а также буквы из них, украшения и прочие изделия из кожи, поделки из акрила, изготовление кукольных домиков и т. д.
Читайте также:  Установка iso с компания

Перечисленные выше области применения лазера касались в первую очередь его возможностей в плане резки. Однако, как уже упоминалось, существует и несколько других вариантов использования оборудования, не требующих сквозной обработки — это гравировка и маркировка.

Лазерная гравировка — в зависимости от типа используемого оборудования может наноситься как на металлические изделия, так и на поверхности из других материалов. Такая техника обработки используется преимущественно для декорирования товаров. На них гравируют надписи, орнаменты, вензеля, фотографии и рисунки. Украсить таким образом можно любую вещь плоской или цилиндрической формы. Лазерную гравировку можно встретить на ювелирных украшениях, посуде, стрелковом и холодном оружии, канцтоварах, портсигарах, изделиях из кожи, наградной продукции, сувенирах, часах и т. д.

Лазерная маркировка сходна с гравировкой по методу нанесения (выжигание поверхностного слоя материала на определенную глубину), но предназначена для несколько иных целей. С помощью маркеров на изделия наносится различная идентификационная и прочая информация. Это могут быть данные о размерах, дате изготовления, заводе-производителе, серийный номер, штрих-код, предупредительные надписи, логотипы и прочие сведения, которые помогают классифицировать, хранить и использовать товары. Маркировку можно встретить на слесарных и электроинструментах, парфюмерной и алкогольной продукции, электронных платах, шильдах, бытовой и компьютерной технике и еще на многих изделиях.

Детальный видеообзор на профессиональный лазерный станок Wattsan 6040. Внутренее устройство и технические характеристики оборудования.

источник

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.

Читайте также:  Установка и эксплуатация трансформатора

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.

источник