Лазерная резьба по металлу

Обновлено: 15.05.2024

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.

Принцип работы лазерного станка

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.

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.

при выполнении технологической операции отсутствует непосредственный контакт с поверхностью обрабатываемого изделия, что делает возможным резать без повреждений хрупкие и легко деформируемые материалы

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

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

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.

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.

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 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

Лазерный станок для металла Wattsan 1530 Basic. Цена 2 800 000 руб.

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)

легкая и обувная промышленность (раскрой материала в ателье и на швейных фабриках, создание лекал, выкроек для одежды и обуви и другие)

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.

Универсальный стандартный станок с углекислотным лазером TruLaser 3030/3040. Цена 17 000 000 руб.

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.

Настольные, компактные и напольные

Для крупных производств, где объем производства лазерной технологией приближается к максимальной загрузке оборудования, оптимально применение портальных станков лазерной резки. Размеры станка определяются габаритами рабочего стола. Вариант с большим рабочим столом или несколько меньшим (среднеформатный) получил наибольшее распространение.

Лазерно-гравировальные станки, которые используются для изготовления, например, небольшой сувенирной продукции, должны обладать компактностью, чтобы их можно было расположить на рабочем столе в мастерской.

Мини, маленькие

Программные станки с лазерной установкой помимо использования на крупных производствах, применяются в малом бизнесе, домашних мастерских, например, в качестве помощника в изготовлении оригинальных ручных изделий. Такое оборудование имеет небольшие размеры и может поместиться на обычном домашнем столе. Кроме отличия в размерах и меньшей мощности в остальном мини-станки ничем не отличаются от профессионального оборудования, сохраняя точность реза и качество кромок.

Ручные резаки

Применение лазерной установки в качестве ручного приспособления для резки ограничено ее весовыми и габаритными размерами. Поэтому источник излучения не обладает достаточной мощностью для резки металла, охлаждение должно сохранять тепловой баланс естественной передачей выделяемого тепла в окружающую среду. Ручная лазерная резка эффективна для обработки тканей, кожи и других подобных материалов.

Оптоволоконные аппараты

Твердотельные лазеры, в которых в качестве активного вещества выступает легированное кварцевое стекловолокно, получили название волоконных лазеров. Они обладают меньшим диаметром фокусировки, чем газовые и твердотельные лазеры на кристаллах. Это позволяет делать более быстрый нагрев и увеличить возможности раскроя созданием сложных контуров, которые невозможны были бы обработаны другими видами лазерного оборудования.

Неприхотливость в эксплуатации из-за более простой настройки и требованиям к профилактическому обслуживанию (чистка, наладка), отсутствие специальных требований к чистоте воздуха и влажности помещения увеличивают конкурентоспособность оптоволоконных аппаратов по сравнению с другими аналогичными видами оборудования.

Диодные лазеры

Основным элементом диодного лазера является излучатель в виде лазерного диода — полупроводникового кристалла, сформированного в виде оптического резонатора. Кроме диода в состав диодного лазера входит специальное устройство электропитания, при помощи которого можно изменять параметры выходного излучения, устройство контроля температуры и оптическое устройство, повышающее монохроматичность излучения лазерного диода.

Однако, диодный лазер все же сильно проигрывает другим видам лазеров в степени когерентности и монохроматичности излучения. Большая расходимость в фокусировке не позволяет добиться максимальной концентрации энергии. Основное преимущество в относительной дешевизне диодных лазеров по сравнению с другими видами.

Широкое применение лазерные диоды находят как управляемые источники света в оптиковолоконных линиях связи, в измерительном оборудовании (лазерный дальномер), лазерных указках и целеуказателях, для считывания штрих-кодов и других областях техники.

ТОП — 6 лучших станков для лазерной резки

Среди зарубежных фирм отдельно можно выделить заводы, расположенные в США, Японии, Тайвани, европейских странах и производителей из Китая.

Первые поставляют продукцию безупречного качества. Наиболее известные производители: TRUMPF, SCHULER (Германия), Trotec (Австрия), австралийская FARLEY LASERLAB, GCC из Тайваня и другие.

О вторых сложилась не самая лучшая репутация, однако крупные китайские бренды RABBIT, WATTSAN, Bodor с производством на территории Китая, работающим по швейцарской технологии, и другие выпускают лазерные станки с высокими эксплуатационными характеристиками.

Российские производители, например, АО «Полупроводниковые приборы», ОАО «ЛОМО», АО «Плазма», ГК «Инверсия» и другие не выпускают одновременно все типы лазерных установок, у каждого есть своя специализация. Не дотягивая до качества лучших зарубежных брендов, низкая рыночная стоимость позволяет оказывать им достаточную конкуренцию.

Более подробно о некоторых компаниях и выпускаемым ими моделях станков в информации ниже по тексту.

Wattsan 1530 Cabine

Станок по металлу Wattsan 1530 Cabine одна из самых популярных моделей среди металлорезов. Компания предлагает различные модификации и изменение характеристик под задачи именно вашего бизнеса. Оборудование Wattsan отличается точностью работы, скоростью и надежностью, наравне с Европейским аналогам и значительно приятнее по цене от 4 000 000 ₽.

Технические характеристики

Макс. скорость перемещения 80 / 100 / 120 м/мин.
Сегментированная прямоугольная сварная станина Wattsan сварена из листового металла толщиной от 6 до 15 мм.
Толщина зависит от скоростных данных станка.
Высокая точность раскроя металла.
Отсутствие заусенцев и наплавов на кромке материала.
Направляющие HIWIN.
Рабочее поле От 1500×3000 мм.
Максимальная толщина металлического листа для лазерной резки — 30 мм.
На данных станках можно обрабатывать любой металл: сталь, титан, алюминий и т.д.
В зависимости от скорости перемещения используются порталы из разных материалов.

Кабину можно установить на любой металлорез. А по правилам техники безопасности кабинетная защита устанавливается на станки с излучателем мощностью от 2000 Вт в обязательном порядке.Предназначена для защиты от отраженного излучения и искр в процессе резки.

Bodor

Автоматизированная установка лазерного реза BODOR серия F модель 3015. Цена 3 100 000 руб.

Располагает современным производством станков оптоволоконной лазерной резки. В России продукция компании пользуется спросом, имеет собственную сервисную службу на территории РФ. Наибольшим спросом пользуется следующее оборудование:

автоматизированная установка для резки листового металла, оснащенная защитной кабиной BODOR серия P модель 4020

TRUMPF

Компания начала свою деятельность в 1923 году в виде простой мастерской в г. Штутгарт. В настоящее время это крупная международная компания с филиалами почти во всех европейских странах, в странах Северной и Южной Америки, Азии. Производство станков с лазерными установками одно из приоритетных направлений деятельности компании. Примеры некоторых моделей, выпускаемых компанией: TruLaser 3030, Trumatic L 3050, TruLaser 1030 fiber.

Станок для 2-мерной лазерной резки TruLaser 1030 fiber. Цена 18 000 000 руб.

S1460

Станок для лазерной резки металла S1460. Цена 300 000 руб.

S1460 — оптоволоконный станок для обработки и раскроя металла. с размером рабочего стола 600 мм х 1400 мм. Фокусное расстояние автоматически регулируется системой контроля лазерной головки. Водяное охлаждение осуществляется промышленным чиллером с регулировкой температуры. Компьютер с программным обеспечением обеспечивает обработку заготовок сложной конфигурации.

IL 750W

Лазерный станок IL 750W. Цена 3 000 000 руб.

IL 750W – волоконный лазер с ЧПУ для раскройки листовой стали с размером рабочего стола 1500 мм х 3000 мм. Мощность лазерной установки 750 Вт, обеспечивает максимальную толщину стенки заготовки 10 мм.

IL 2000W

Лазерный станок IL 2000W. Цена 4 200 000 руб.

IL 2000W – иттербиевый волоконный лазер с ЧПУ с таким же размером рабочего стола, что у предыдущей модели. Однако большая мощность лазерной установки 2000 Вт обеспечивает качественную резку и раскрой толщиной максимум 22 мм.

Критерии выбора

Для оптимального выбора лазерного оборудования следует руководствоваться проанализировать следующую информацию.

Лазерное оборудование находит применение в промышленном производстве, на предприятиях малого бизнеса, в домашних мастерских. Установки большой и средней мощности используются в производственных цехах, а настольные компактные и мини-установки будут эффективнее в домашних хозяйствах и в индивидуальном предпринимательстве.

Этот параметр находится в прямой зависимости с производимым объемом работ.
Тип обрабатываемого материала. В зависимости от вида лазерной установки (газовая, твердотельная) выбирается та, которая лучше работает с обрабатываемым материалом.
Мощность излучателя. Чем выше этот параметр, тем большую толщину прорежет лазер за один проход.

Установки с такой опцией (автоматической или ручной) повышают функционал оборудования.
Количество режущих головок. Оборудование с двумя режущими головками повышает производительность, особенно эффективно при раскрое с большим количеством мелких элементов.

Они обеспечат более качественную работу лазерного станка: комплектация внешним устройством охлаждения лазерной трубки, установкой поворотного устройства для гравировки и возможности обработки изделий типа труб и другие.

Видео обзор лазерных станков

Лазерная резка металла на станках с ЧПУ

Лазерная резка металла на станках с ЧПУ используется в основном для раскроя листа по сложному контуру. При этом все достоинства технологии сохраняются независимо от сложности процесса, изделия отличаются чистотой реза и точностью размеров при условии соблюдения технологии.

Резка лазером на станке с ЧПУ осуществляется по специальным чертежам, которые должны быть оформлены в особом формате. В нашей статье мы расскажем обо всех особенностях лазерной резки металла на станке ЧПУ.

Конструкция станка с ЧПУ для лазерной резки

Ранее резка по металлу происходила вручную. Однако замена ее на лазерную привела к появлению новых деталей и узоров, которые создаются теперь с высокой точностью и скоростью.

Управление механизмами и мощностью лазерного луча происходит с помощью ЧПУ.

Оборудование имеет оптику состоящую из:

трубки лазера;
головки излучателя;
отражающих зеркал;
линзы, с помощью которой происходит фокусировка.

Газовая смесь накачивается в трубку лазера. Затем формируется луч. Для этого в получившуюся газовую среду дается напряжение. Образовавшийся луч фокусируется зеркалами, линзами и направляется в установленную точку. После чего он обрабатывается в заданных направлениях головкой излучателя, которая перемещается над материалом.

Лазерный луч имеет большую мощность, что дает ему возможность проникнуть в любой материал. Такой способ резки не деформирует последний, благодаря чему резать можно любой мягкий материал, например, резину, пластик или бумагу. В случае, когда толщина не очень велика, мощности лазера хватает и для резки металла.

Плюсы и минусы лазерной резки металла на станках с ЧПУ

Основными преимуществами данного метода являются следующие:

Раскрой с помощью механических инструментов приводит к потерям материала, который уходит на пыль и стружку. Помимо этого, отходы забивают отверстия и линию реза, затрудняя проведение работ. Данные недостатки отсутствуют у лазерной резки.
Материалоемкость резки лазером минимальна, ведь толщина реза стремится к 0,1 мм. Таким образом, потери материала ничтожны.
Не происходит образования пыли и стружки. Отходами можно назвать лишь испарения, для удаления которых используется система вентиляции воздуха.
Конфигурация реза благодаря ЧПУ может быть любая, даже самая сложная.
Материал может быть практически любым. Лазерное оборудование позволяет резать не только металлы, но некоторые виды других заготовок.
Известна способность металла деформироваться при воздействии на него высокой температуры. Однако лазерный луч позволяет сделать настолько узкий рез, что тепло мало воздействует даже на его края. Торцы сохраняются ровными и чистыми. Заготовка не деформируется.
Кромки остаются острыми. Иногда этого требует сам процесс производства. Для получения скругленных краев требуется использование особых технологий.
Лазерная резка достаточно экономична. Ведь, несмотря на высокую стоимость обработки, точность кроя и его скорость окупают весь процесс.
Использование ЧПУ делает создание макета значительно легче, позволяет изготавливать детали высокой сложности и выполнять работу точно. Созданный конструктором макет загружается в компьютер, обслуживающий оборудование, где его можно подкорректировать с учетом используемого материала.

Рекомендуем статьи по металлообработке

Лазерная резка металла на станках с ЧПУ имеет ряд недостатков:

Высокая стоимость оборудования. Аппаратура для резки лазером не относится к дешевой. Еще совсем недавно ее использовали редко именно из-за высокой стоимости. Несмотря на то, что сейчас цена значительно упала, множество производств не могут себе позволить закупить такое оборудование. Впрочем, дороговизна станка зачастую компенсируется в процессе производства, что рассматривалось нами выше.
Ограничение толщины металла. Лазерная аппаратура не в состоянии работать с толщиной материала более 2 см. Таковы особенности луча лазера. К сожалению, от используемой установки это не зависит.
Металлы, имеющие свойство отражения, не могут быть обработаны данным способом. Таким материалом является, например, чистый алюминий. Лазерный же луч представляет собой частицы, движущиеся в направленном потоке, которые можно отразить. Металлы, обладающие отражающим свойством, должны обрабатываться механическим способом.
КПД данного оборудование – достаточно низкий. Данный показатель у лазерного оборудование равен всего 15 %, что сильно сказывается на работе с материалом, чья толщина более 1,2 см, так как увеличивается расход времени и энергии на его обработку.
Возможные сложности с программным обеспечением. Сбой в работе программ приводит к невозможности правильной работы даже при исправных основных элементах оборудования. Несмотря на надежность современного ПО, данный недостаток может проявиться в любой момент.

Технологии лазерной резки металла на станках с ЧПУ

Существует три вида лазеров для резки металла в зависимости от типа рабочей среды:

1. Твердотельные лазеры.

Основным элементом такого оборудования является осветительная камера. Внутри нее размещено рабочее тело и источник получения энергии. Последней является лампа-вспышка газоразрядная. Ее рабочее тело – это стержень, который может быть выполнен из рубина, неодимового стекла, алюмо-итриевого граната, который легирован иттербием или неодимом. По краям данного стержня располагают отражающее и полупрозрачное зеркала. Луч лазера, отражаясь в процессе прохождения по стержню, усиливается и выходит сквозь полупрозрачное зеркало.

Твердотельными являются также волоконные лазеры. Усиление излучения у них происходит в стекловолокне. Энергия исходит из лазера на полупроводниках.

Чтобы до конца разобраться в работе лазера, рассмотрим оборудование, где рабочее тело – гранатовый стержень, легированный неодимом, чьи ионы выступают в качестве активного центра. Газоразрядная лампа источает энергию, которую усиленно поглощают ионы, переходя в состояние возбуждения. Это значит, что у них появилась лишняя энергия.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Возвращаясь в первоначальное состояние, ионы отдают излишек энергии в виде фотона. Последний является электромагнитным излучением, или светом. Он подталкивает остальные ионы к возвращению в исходное состояние. Получается лавинообразный процесс. Зеркала направляют движение луча. Отражая фотон, они множественно возвращают его в рабочее тело. Тем самым зеркала помогают образовываться фотонам и усиливают излучение. Основными характеристиками такого лазера являются концентрация энергии на высоком уровне и низкая расходимость луча.

2. Газовые лазеры.

В таких установках рабочим телом становится углекислота, а также ее смесь с гелием и азотом. Происходит прокачка газа через газоразрядную трубку. Возбуждение проходит в результате электрических разрядов. Излучение усиливается с помощью зеркал – полупрозрачного и отражающего. Конструкции таких лазеров имеют свои особенности, которые влияют на их виды: поперечной/продольной прокачки или щелевые.

3. Газодинамические лазеры.

Виды брака при лазерной резке металла на станках с ЧПУ

Причин возникновения брака во время резки может быть две. Во-первых, он появляется при нарушении различных норм работы, например, при изменении скорости работ. Во-вторых, в результате применения материалов плохого качества.

Для получения высококачественной продукции необходимо регулярное обслуживание аппаратуры, а также точное исследование тестового экземпляра еще до запуска его в серию.

В процессе лазерной обработки возможен такой брак:

Облой, называемый еще грат, представляющий капли металла, которые затвердели на краях заготовки. Очищение детали от них происходит вручную, что может изменить геометрию изделия. Это совершенно недопустимо при изготовлении сверхточных деталей.
Неровная кромка, возникающая при нерегулярности обслуживания оборудования, а также в результате истирания линейных направляющих и прочих компонентов. Еще одной причиной такого брака может стать плохое закрепление на рабочем столе обрабатываемого листа металла, имеющего небольшой вес.
Вихри или бороздки на выходе. Они могут появиться при резке определенных материалов, имеющих достаточно большую толщину, поскольку происходит отрыв потока газа и возникновение вихря. Решением данной проблемы может стать смена режимов обработки и давления газа на выходе из сопла.

При обработке толстых листов материала важное значение имеет вспомогательный газ, который убирает расплав из реза, очищая его.

Мощность излучения лазера для резки толстолистового металла должна быть повышена. Впрочем, следует учесть, что ее увеличение в процессе обработки может привести к сложностям в получении качественного одномодового лазера. Скорость резки при возрастании толщины заготовки значительно падает и края реза становятся шероховатыми, появляется грат.

Качество обработки падает при резке толстых листов металла, у которых высоко соотношение ширины разреза к толщине заготовки. Причина – в ослабевании силы воздействия газа на расплав и плохое удаление последнего из реза. Вспомогательный газ оказывает большое воздействие на качество резки металлов, чья толщина ≥ 2,5 см. Специалисты считают данную проблему одной из самых важных в современной технологии лазерной резки.

Требования к чертежам для лазерной резки металла на станках с ЧПУ

Процесс лазерной обработки происходит по специальным чертежам, содержащимся в векторных файлах. Станок лазерной резки металла с ЧПУ управляется программой, которая может принимать несколько форматов файлов, таких как: AI, DXF, CDR, PLT. Наиболее легкими в работе считаются два из них: AI (Adobe Illustrator, версия которого не ранее седьмой) и CDR (CorelDraw, версия до X3). Впрочем, чертежи можно сделать и в других программах, лишь бы их распознавал станок.

Существует несколько особенностей, знание которых важно для подготовки рисунков и векторных чертежей для лазерной обработки:

Линии и их толщина. Луч лазера проходит по заготовке, оставляя рез, заложенный в программе. Тонкая узкая щель на чертеже должна быть обозначена прямоугольником, а не толстой линией. Линии на картинке должны быть обозначены Hairline или 0,001 px, что означает тонкий абрис. Толстые линии следует сделать отдельными объектами. Порядок действий: в Inkscape следует выбрать «Контур/Оконтурить объект(обводку)», а в CorelDraw – «Упорядочить/Преобразовать абрис в объект».
Линия, которая дублирует аналогичную. Нередко возникают двойные линии, расположенные друг над другом. Лазерный аппарат при этом дважды режет одно и то же место, что может привести к порче детали.
Ширина разреза. Необходимо принимать во внимание наличие у лазерного луча собственной толщины, несмотря на небольшой размер. Ширина реза при обработке различных материалов отличается, но его размер не выше 0,2 мм. При производстве сборных деталей на чертеже следует делать наложение соприкасающихся граней.
Цвет для линий. Каждый слой на чертеже имеет свой цвет. При необходимости проведения резки в определенном порядке полосы следует окрашивать в различные цвета. А в аннотации надо обозначить очередность обработки для всех цветов линий. В прочих случаях чертеж делают в одном цвете, приоритетным является черный.
Заливка определенным цветом. Не следует делать заливку частей чертежа ни текстурой, ни цветом, поскольку программа не в состоянии распознать ее. А для оператора это вызывает затруднения в работе.
Размер чертежа и его масштаб. Абсолютно все схемы должны иметь масштаб 1:1. Размер же изделия или набора изделий не должен быть более 49х29 см, что является размером рабочей поверхности.
Повтор детали. При необходимости произвести несколько одинаковых изделий делают чертеж одного из них. Программа самостоятельно их размножит и правильно расположит. Вручную эту работу делать не нужно.
Растровые изображения. Лазерное оборудование распознает только векторный чертеж, растровую графику просто игнорирует.
Зазоры изделий. Детали с одной линией реза следует размещать встык, только не делать дублирующих линий (смотрите п. 2). Остальные изделия надлежит располагать с определенным зазором, величина которого зависит от толщины металла. Если толщина менее 2 мм, то зазор делается равным ей или более; если толщина более 2 мм, то зазор должен быть равен 4 мм или быть больше.

Достаточно часто встречается ситуация, когда заказчик работ имеет только растровый чертеж. Это может быть отсканированный документ или нарисованная картинка, как в электронном, так и в бумажном виде. В таком случае чертеж необходимо перевести в векторный формат. Такая работа стоит не менее 600 рублей за 1 час времени специалиста. Конечная стоимость оговаривается при анализе первичной документации.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Технология лазерной гравировки на металле и примеры работ

Гравировка — это вырезание на поверхности предмета надписи или изображения, которое подчеркивает его индивидуальность, часто превращая его в художественное произведение. Существуют как ручные, так и механизированные способы выполнения гравировальных работ. Нанесение изображений с помощью лазера относится к методу с использованием станочного оборудования. Информация о данном виде технологического процесса описывается в этой статье.

Технология лазерной гравировки

Лазерная технология гравировки использует излучение, у которого регулируется диаметр сфокусированного луча и его мощность. Установкой этих параметров можно не только резать материал, но и воздействовать лишь на поверхностный слой обрабатываемого предмета. Нанесение изображения происходит двумя способами.

Первый способ

Верхняя часть поверхности нагревается до состояния плавления. В процессе перехода из одного состояния в другое в материале происходят физико-химические процессы, меняющие его структуру. Одним из сопутствующих эффектов является изменение цвета поверхности после ее кристаллизации. Контрастом внешнего вида обработанной и необработанной лазерным лучом поверхности создается изображение на предмете.

Второй способ

Этот способ связан с изменением рельефа поверхности. Часть поверхностного слоя нагревается до температуры, при которой расплавленный материал выжигается в процессе испарения. Мощностью луча можно регулировать глубину снимаемой части поверхности, тем самым изменяя рельефность изображения.

Преимущества лазерной технологии

предмет обработки из-за отсутствия непосредственного механического контакта с режущим инструментом не подвергается деформации, его нет необходимости закреплять

при лазерной гравировке происходит термическая обработка материала, что делает его устойчивым к истиранию, изображение имеет эстетичный вид долгое время

изображение принимает окончательный вид сразу после лазерной гравировки, нет необходимости в последующей доработке

Методы нанесение изображения

Лазерная гравировка легко адаптируется к автоматическому управлению. Работа по алгоритму программ исключает возможность субъективных ошибок. При ручной гравировке человеческий фактор не исключает риска совершения ошибки.

Нанесение изображения происходит согласно управляющих программ и осуществляется двумя методами — растровым и векторным.

Растровый

При растровом методе лазерная головка перемещается дискретно в одном направлении области гравировки, а затем опускается/поднимается вниз/вверх с минимально возможным шагом. Последовательно обрабатывая такими точками поверхность, получаем требуемое изображение. Таким способом гравируются изображения типа фотографий, картинок.

Векторный

При векторном методе лазер движется вдоль направления определенных линий. Этим способом обычно гравируют надписи и другие изображения в виде линий. Этот метод намного производительнее растрового, но если понадобится изменить толщину линий, без растровой гравировки не обойтись.

Где применяется гравировка лазером

Свойство лазерной гравировки сохранять длительное время внешний вид в своей первозданной форме используется для нанесения логотипов на предметы, где она становится единым целым с ними самими. Некоторые наиболее часто применяемые варианты использования:

логотипы на сувенирах и подарках (ручки, зажигалки, мобильные телефоны, ежедневники и другие);
в ювелирном деле лазерная гравировка наносится на изделия из драгоценных металлов: браслеты, часы, перстни, кольца и другие;
нанесение надписей и изображений на различные спортивные и другие награды;
некоторые промышленные производители идентифицируют свою продукцию логотипами, выполненными лазерной технологией;
на корпуса и панели приборов наносится техническая информация облегчающая пользователю их эксплуатацию;
изготовление с помощью лазерной гравировки печатей, штампов;
нанесение дублирующих знаков на русском языке на клавишах и кнопках техники зарубежного производства.

Технические возможности лазерной гравировки поднимают на более высокий уровень возможности рекламного бизнеса. В переизбытке рекламной продукции потребитель обязательно обратит внимание на оригинальность плакатов и вывесок, на которых информация дается четким, с высокой детализацией изображением.

Виды лазерной гравировки

Базовым исходным элементом для создания изображения на предмете лазерной технологией является модель, выполненная одним из видов графических программ, считываемой гравировальным оборудованием. Существуют графические редакторы, работающие как с плоскими 2D-изображениями, так и 3D, объемными моделями.

Объемная гравировка 3D

Создание лазером объемных изображений предъявляет к обрабатываемому материалу определенные требования, так как изображение находится внутри предмета. Он должен быть абсолютно прозрачным. Простую плоскую гравировку можно нанести указанными, например, выше несколькими методами. Объемная гравировка выполняется только твердотельной лазерной установкой, работающей в импульсном режиме.

Лазерный луч проходит через прозрачный предмет лишь до конкретной точки, где происходит концентрированный выплеск энергии, оставляющей после себя след в виде миниатюрного серебристого шара. Регулировкой мощности и диаметра луча получают такие шары в точках на различной глубине, тем самым формируя объемное изображение.

Глубокая лазерная гравировка

Большое распространение получает так называемая глубокая лазерная гравировка. Она выполняется послойным снятием металла до глубины 1 мм., при этом сохраняется детализация рельефного изображения. Такая технология используется для изготовления штампов, клише, матриц, пресс-форм для литья пластмассы, пломбиров, стандартных шрифтов для приборной фурнитуры и других подобных изделий. При оснащении лазерной установки специальным вращателем, можно получать глубокую гравировку на предметах, имеющих форму тел вращения.

Кроме широко распространенной лазерной технологии по металлу, в качестве исходного материала используются пластик, стекло, дерево, бумага, камень и другие.

Сравнение с другими методами

Техника нанесения изображения на предмет прошла длительный путь развития, она известна еще с давних времен. Поэтому существует много способов, которые человечество придумало за весь этот период. Лазерная технология — это уже современное время. В сравнении с наиболее известными ранее, да и сейчас, применяемыми способами можно выделить следующие ее отличия.

В прогрессивности и высокой технологичности лазерная гравировка значительно превосходит ручную. Однако существует понятие «живое» изображение. Оно как раз относится к гравировкам, выполненных вручную, где мастер вкладывает в работу свою душу. Эксклюзивность изображения главная отличительная черта ручной гравировки. Другую такую же повторить невозможно.

Изображение наносится с помощью режущего инструмента — фрезы. Возможно получить объемную глубокую гравировку. Специальные станки с ЧПУ делают механическую гравировку автоматическим процессом. По производительности уступает лазерной гравировке. Сильно ограничена в получении мелких элементов рисунка, в уровне детализации значительно уступает лазерной. Инструмент (фреза) со временем изнашивается, требуется регулярная ее замена. Во время технологического процесса механической гравировки деталь требуется закреплять, что в некоторых случаях требует дополнительного изготовления специальной оснастки. Одним из главных недостатков механической гравировки перед лазерной это невозможность обработки материала типа бумаги, кожи и подобных.

Обработка поверхности песком, который под давлением воздуха оказывает на нее механическое воздействие, вызывает матировку, которая имеет различия в зависимости от скорости потока песчаных частиц. Так обрабатывая площадь разной мощностью струи можно с помощью контраста различных оттенков выстроить необходимое изображение. Однако, вредность песчаной пыли для оператора производящего работы, невозможность создания полутоновых изображений, а также большая трудоемкость в технологической подготовке производства в виде создания сложных трафаретов создают серьезные ограничения в применении гравировки пескоструйной обработкой. Возможность получить с ее помощью более глубокий рельеф, чем лазерной гравировкой является основанием для применения.

Если в ванну с электролитом опустить в качестве одного из электродов пластинку металла с заранее нанесенным специальным образом трафаретом, то в процессе электролиза часть металла вытравится с образованием надписи, которая была на трафарете. Этот метод может конкурировать с лазерной гравировкой в производстве клише, штампов. Однако по производительности и качеству электрохимическая гравировка уступает лазерной.

Типы оборудования для гравировки лазером

Свойство поглощения материалом излучения определенной волны влияет на выбор оборудования для лазерной технологии. Неметаллические материалы хорошо поддаются обработке лучом, вырабатываемым газовой лазерной установкой, у которого в качестве рабочего тела используется углекислый газ. На металлах лучше наносится изображение лазерным лучом твердотельной (волоконной) установкой. Об оборудовании для лазерной гравировки подробная информация в статье по ссылке «Лазерные граверы по металлу».

Основными критериями, на которые следует обратить внимание при выборе станка для лазерной обработки, будут следующие.

В процессе обработки материалов образуются копоть, пыль и другие сопутствующие отходы. Если привода и электронные платы станка не имеют защиты от образующихся при работе частиц гари и пыли, то от сбоев будет помогать чистка оборудования после каждой обработанной группы деталей. Качественная рабочая зона имеет защиту, исключающую попаданию грязи на элементы конструкции, непосредственно влияющие на работоспособность станка. Они долгое время не изнашиваются, повышая его срок эксплуатации.

Газовые излучатели из стекла по стоимости дешевле, чем металлические или керамические. Однако ресурс работ и качество гравировки стеклянных значительно ниже, чем у последних. Поэтому менять его придется гораздо чаще и вряд ли эксплуатация такого прибора окажется дешевле в конечном итоге.

Направляющая передвижения каретки должна быть выполнена из жесткого износоустойчивого металла, например, из нержавеющей стали. Недостаточно прочный алюминиевый сплав со временем гнется, что снижает качество гравировки.

Важно чтобы графический редактор, которым укомплектовано программное обеспечение станка, был знаком оператору, а интерфейс был на русском языке. Также имелись опции автоматического подбора режимов для гравировки различных материалов, тестирования системы для диагностики неполадок и другие.

Видео примеры лазерной гравировки

Типы лазерной резки

Впервые лазер, работающий в инфракрасном диапазоне за счет рубинового стержня, был создан в 1960 году. Прикладная квантовая физическая наука развивалась, изначальные системы накачки усиливались, установки и оптические резонаторы совершенствовались, лазерные лучи становились все более мощными и управляемыми. В этой статье поговорим о том, какие типы лазерной резки существуют на сегодняшний день и какое оборудование используется в процессе обработки металлов.

Плюсы и минусы лазерной резки

По сравнению с прочими технологиями обработки металлов резка лазером обладает рядом неоспоримых преимуществ:

При помощи лазерной резки можно обрабатывать металлы различной толщины – медные – от 0,2 до 15 мм, алюминиевые – от 0,2 до 20 мм, стальные – от 0,2 до 20 мм, толщина изделий из нержавеющей стали может достигать 50 мм.
Поскольку режущий инструмент не оказывает механического воздействия на разрезаемый металл, лазерная резка подходит для обработки хрупких и легко деформирующихся заготовок.
Разные типы обработки лазером подходят для работы с заготовками различной конфигурации, особенно при использовании установок с компьютерным обеспечением. В программу загружается чертеж будущей детали, дальнейшая работа выполняется станком самостоятельно. При этом точность обработки будет очень высокой.
Выполнение обработки металлов с высокой скоростью.
При необходимости изготовления небольшой партии деталей можно воспользоваться лазерной резкой , не прибегая к литью и штамповке.
Благодаря минимальному количеству отходов и чистоте среза, снижается себестоимость деталей, что отражается на их конечной цене
Лазерная резка является наиболее универсальной технологией обработки, позволяющей справляться со множеством задач.

Конечно, у лазерной резки есть и определенные недостатки. В первую очередь, речь идет о большом потреблении энергии, которое делает эту технологию наиболее дорогостоящей. Впрочем, штамповка, в процессе которой также образуется минимум отходов, а результат отличается высокой точностью и качеством готовых изделий, требует изготовления оснастки, значит, лазерная обработка в итоге является более дешевым способом. Вторым недостатком является толщина обрабатываемых заготовок (максимум – 20 мм).

Типы лазерной резки металла

Независимо от типа лазерной резки, установка включает в себя:

Источник энергии (систему накачки).
Рабочее тело, которое создает излучение.
Оптический резонатор (набор специальных зеркал).

Типы лазерной резки различаются в зависимости от вида и мощности применяемого лазера. Лазерные установки могут быть:

Твердотельными (мощностью не свыше 6 кВт).
Газовыми (мощность которых не превышает 20 кВт).
Газодинамическими (их мощность составляет более 100 кВт).

На производстве чаще всего используют твердотельные лазерные установки с импульсным либо непрерывным излучением. Рабочим телом выступает рубин, стекло с добавлением неодима или CaF₂ (флюорита кальция). Основное преимущество таких установок заключается в создании мощного импульса за доли секунды.

Технические и научные цели требуют применения газовых лазеров, в качестве рабочего тела в которых выступает газ – азот, углекислый газ, кислород, гелий. Под воздействием электрического разряда атомы газов возбуждаются, создавая монохроматичный и направленный лазерный луч.

Наиболее мощными являются газодинамические лазеры, в качестве рабочего тела в которых выступает углекислый газ. Максимально нагретый, он проходит через трубку, сильно зауженную посередине. Выходя из трубки СО₂ расширяется и охлаждается, создавая энергию, необходимую для резки металла.

При помощи газодинамических лазеров можно обрабатывать любые металлические поверхности. Поскольку расход энергии при этом не слишком велик, возможно размещение заготовок на некотором расстоянии от луча, что никак не сказывается на качестве получаемых деталей.

Типы лазерной резки могут быть:

лазерно-кислородными;
кислородными с поддержкой лазерным лучом (LASOX).
с использованием инертного газа;
лазерной испарительной (сублимационной).

Расскажем подробнее о каждом типе лазерной резки.

1. Лазерно-кислородная обработка.

Этот тип лазерной резки предполагает использование в качестве рабочей среды кислорода. Взаимодействие О₂ и раскаленного металла приводит к экзотермической реакции окисления. В результате образуются окислы, выдуваемые из зоны обработки кислородной струей.

К особенностям этого типа лазерной резки относится следующее:

сфокусированный луч лазера имеет меньший диаметр по сравнению с кислородной струей (диаметр последней около 1-2 мм);
на ширину реза, которая может составлять меньше 100 мкм, влияет диаметр луча, толщина заготовки и скорость обработки (чем тоньше лист и выше скорость, тем более узкой получается линия реза);
толщина металла влияет на давление в струе (чем она больше, тем меньше будет давление);
поскольку луч при лазерно-кислородной резке расширяется, он фокусируется выше, чем обрабатываемая поверхность;
толщина заготовки влияет на скорость обработки лазером – чем толще заготовка, тем медленнее она будет разрезаться; резать лазером можно стальные листы толщиной не более 30 мм при минимальной скорости в 0,5-0,6 м/мин.;
меньшая скорость реза отрицательно сказывается на качестве готовых деталей (снижение качества выражается в появлении визуальных дефектов, большей ширине разреза);
тонколистовые металлы располагают на расстоянии около 0,5 мм от сопла, формирующего луч, и около 3 мм от заготовок, толщина которых достигает 30 мм.

2. Кислородная резка с поддержкой лазерным лучом (LASOX).

Этот тип лазерной резки подходит для заготовок, выполненных из толстолистовой стали. Суть технологии заключается в предварительном нагревании поверхности металла до +1000 °С с последующим направлением на нее сверхзвуковой кислородной струи. Для этого типа обработки характерны ровные и гладкие края заготовок. Глубина реза при этом получается большей, чем при использовании традиционного кислорода.

Для этого типа обработки характерны следующие особенности:

сверхзвуковая струя формируется под высоким давлением, достигающим 6–10 атм;
луч имеет меньший диаметр по сравнению с пятном на обрабатываемой поверхности;
ширина реза совпадает с диаметром луча и чаще всего превышает 3 мм;
металл располагается на расстоянии 6–8 мм от сопла установки;
этот тип лазерной резки выполняется с меньшей скоростью, обычно составляющей порядка 0,2 м/мин.;
использование лазерного оборудования мощностью 6 кВт позволяет разрезать металлы толщиной до 100 мм.

3. Лазерная резка в инертном газе.

Этим типом лазерной резки пользуются при необходимости избежать окисления обработанных металлических кромок. Таким образом режут нержавеющую сталь, алюминий или титан. Поскольку металлические поверхности дополнительно не нагреваются, этот тип обработки менее эффективен, чем названные ранее.

Лазерная резка в инертном газе обладает следующими особенностями:

чаще всего рабочей средой является инертный газ азот, для резки титана используют аргон;
из-за высокого давления режущего газа (свыше 10 атм) при обработке используются более толстые фокусирующие линзы;
капли расплавленного металла из зоны обработки выдуваются сверхзвуковой кислородной струей;
фокусировка луча происходит исключительно на нижней поверхности листа;
заготовка располагается на расстоянии 0,5–1 мм от сопла установки;
этот тип лазерной резки предполагает использование сопла с диаметром до 3 мм;
сама обработка выполняется с достаточно низкой скоростью.

4. Лазерная испарительная (сублимационная) резка.

Высокоинтенсивное короткоимпульсное (нано- или пикосекундное) излучение возможно в случае применения этого типа обработки лазером.

Она обладает следующими особенностями:

основная сфера применения – микротехнологии (при необходимости оказания минимального термического воздействия на поверхность материала);
этот тип лазерной резки обладает очень низким КПД;
короткой волной, длина которой не достигает даже 1 мкм (это относится к твердотельным и эксимерным лазерам, а также установкам, работающим на парах металлов).

Режимы лазерной резки

Эффективность различных типов лазерной резки зависит от множества факторов, включающих скорость обработки, мощность и плотность лазера, фокусное расстояние для объекта обработки, диаметр лазерного луча. Необходимо также учитывать состав излучения, марку и вид материала заготовки. Например, резка низкоуглеродистых сталей выполняется на 30 % быстрее по сравнению с обработкой заготовок из нержавеющей стали.

Использование обычного воздуха практически в два раза снижает скорость резки в сравнении с установками, использующими кислород. Лазерное оборудование, имеющее мощность 1 кВт, способно разрезать алюминий со скоростью около 12 м/с, титан – 9 м/с (актуально для использования кислорода в качестве рабочего газа).

Выбранный режим резки влияет на качество итогового реза – его точность, ширину разреза, ровность и шероховатость образовавшихся кромок, присутствие на них оплавленного металла (грата), глубину разреза. Однако основное значение имеют такие параметры, как скорость обработки и толщина обрабатываемого металла.

Рассмотрим показатели лазерной резки металлов различной толщины, выполненной на установке, использующей кислород, который поступает в зону резки под давлением 0,5 МПа. Мощность оборудования составляет 1 кВт, диаметр луча 0,2 мм.

Толщина заготовки, мм

Оптимальная скорость резки, м/с

Шероховатость кромок, мкм

Независимо от типа лазерной резки, конечный результат отличается высокой точностью, определяемой в процентном отношении. На точность влияет такой параметр, как толщина заготовки, кроме того, имеет значение цель дальнейшего использования конечных деталей. При работе с металлическим профилем, толщина которого достигает 10 мм, погрешность варьируется от 0,1 до 0,5 мм.

Типы оборудования для лазерной резки

Современные производители выпускают широкую линейку оборудования, предназначенного для различных типов лазерной резки. Современные многокоординатные аппараты приходят на смену шумным и не слишком производительным механическим станкам. На мощность лазерных установок влияют специфика производства и экономическое обоснование конкретных аппаратов. При помощи новейшего лазерного оборудования с ЧПУ можно выполнять резку различных типов металлов с погрешностью, не превышающей 0,005 мм.

Ряд моделей позволяет выполнять резку заготовок площадью до нескольких квадратных метров. При этом персонал принимает минимальное участие в максимально автоматизированном процессе обработки. Чертежи будущих деталей загружаются в ПО установок, программа управляет и лазерным лучом, и рабочим столом, на котором размещаются будущие детали.

Благодаря системам настройки автофокуса аппаратура выбирает наилучшее расстояние, необходимое для достижения эффективной обработки. Температура оборудования регулируется за счет специальных теплообменников, оператор станка получает контрольные данные, относящиеся к текущему состоянию инструмента. Установки имеют клапанные механизмы, позволяющие подключать газобаллонное оборудование, благодаря которому в рабочую зону подаются вспомогательные газы.

Для оптимизации расходов на вытяжную вентиляцию используется система дымоулавливания, включаемая при обработке. Чтобы обеспечить безопасность персонала, зону реза закрывают специальным защитным кожухом. Современное оборудование позволяет облегчить процесс независимо от типа лазерной резки листовых материалов – достаточно задать установке числовые параметры, чтобы получить на выходе готовые детали.

На производительность установок для различных типов лазерной резки влияют параметры станочного комплекса и квалификация специалиста, который создает программный код. Благодаря использованию современных технологий этот тип обработки позволяет максимально роботизировать производство, освобождая человека от выполнения тяжелой работы.

Читайте также: