Плюсы и минусы лазерной резки металла

Обновлено: 19.05.2024

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:

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

Лазер для резки металла

Как известно, лазер для резки металла применяется так же часто, как и механические методы, но при этом он обеспечивает лучшее качество и точность реза, что и определяет популярность этого способа раскроя. Часто можно услышать, что данная технология уже вытеснила остальные и не имеет недостатков, но это не так.

Использование лазера хоть и востребовано, но имеет определенные ограничения. В нашей статье мы расскажем, какой используется лазер для раскроя металла, разберемся в плюсах и минусах данного метода и приведем требования к нему.

Суть лазерной резки металла

В процессе лазерной резки используется луч, генерируемый специальной установкой. Он характеризуется особыми свойствами, а именно: способностью фокусироваться на малой площади и обеспечивать энергию высокой плотности. Благодаря этому лазер вызывает активное разрушение любого материала плавлением, горением или испарением.

Если говорить точнее, то лазер для резки металла способен концентрировать на заготовке энергию плотностью в 108 Ватт на 1 см2. Подобный эффект обеспечивают следующие свойства луча:

Монохроматичность, то есть постоянная длина и частота волны, что несвойственно, например, световым волнам. Поэтому лазерным лучом без труда можно управлять обычными оптическими линзами.
Высокая направленность и малый угол расходимости, что требуется для высокой фокусировки.
Когерентность, то есть полная согласованность большого количества волновых процессов, протекающих в луче. Кроме того, они вступают в резонанс между собой, из-за чего достигается многократное повышение общей мощности излучения.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Под действием луча лазера для резки обрабатываемая область металла быстро нагревается и плавится. Зона плавления быстро распространяется вглубь материала, что объясняется сразу рядом факторов, например, теплопроводностью металла. Далее материал в месте контакта нагревается до температуры кипения, начинается его испарение.

Виды лазера для резки металла

Станок для резки металла лазером включает в себя такие основные части:

рабочую среду, которая обеспечивает необходимое излучение;
источник энергии или систему накачки, создающую условия для появления электромагнитного излучения;
оптический резонатор, то есть систему зеркал, призванных усилить излучение.

С точки зрения рабочей среды выделяют:

Твердотельные лазеры

Главным узлом устройства является осветительная камера, в которой расположен источник энергии и твердое рабочее тело. В роли первого выступает мощная газоразрядная лампа-вспышка, а рабочее тело представляет собой стержень из неодимового стекла. Или в качестве материала стержня может применяться рубин, алюмо-иттриевый гранат, который был предварительно легирован неодимом, иттербием.

С торцов стержня находится пара зеркал, одно из которых является отражающим, а второе – полупрозрачным. Рабочее тело испускает луч, он многократно отражается внутри него, усиливаясь, и выходит сквозь полупрозрачное зеркало.

Также к твердотельным относятся волоконные лазеры для резки металла и прочих материалов. Их отличие от первого типа состоит в том, что они усиливают излучение при помощи стекловолокна, а за поступление энергии отвечает полупроводниковый лазер.

Проще всего понять, как работают подобные системы, на примере установки с гранатовым стержнем, в который в качестве легирующего компонента добавлен неодим. Ионы последнего выполняют функцию активных центров, поглощающих излучение газоразрядной лампы.

Они возбуждаются, то есть получают избыточную энергию, но потом приходят в исходное состояние, отдавая энергию как фотон или электромагнитное излучение, свет. Фотон оказывает влияние на другие возбужденные ионы, заставляя их также вернуться в первичное состояние, а реакция постепенно усиливается.

Под действием зеркал луч движется в определенном направлении. Фотоны вынуждены постоянно возвращаться в рабочее тело, что вызывает появление новых фотонов и увеличение излучения. В итоге достигается малая расходимость луча в сочетании с высокой концентрацией энергии.

Газовые лазеры

Здесь в качестве рабочего тела выступает углекислый газ в чистом виде либо в сочетании с азотом и гелием. Насос прокачивает газ через газоразрядную трубку, где тот возбуждается электрическими разрядами. Усилить излучение позволяют отражающее и полупрозрачное зеркала.

Есть разные конструкции газовых лазеров для резки металла: с продольной и поперечной прокачкой и щелевые.

Газодинамические лазеры

Газ со скоростью, превосходящей звуковую, проходит по суженному посередине каналу – его принято называть соплом Лаваля. Так газ резко расширяется и охлаждается, а его атомы приходят в обычное состояние, что сопровождается появлением излучения.

Преимущества и недостатки лазерной резки металла

Резка листового металла и иных материалов лазером позволяет:

Раскраивать металлы различной толщины. Для меди этот показатель составляет 0,2–15 мм, для алюминия – 0,2–20 мм, для сталей – 0,2–20 мм, а для нержавеющей стали находится в пределах 50 мм.
Обрабатывать хрупкие и легко поддающиеся деформации детали, что объясняется отсутствием контакта между инструментом и заготовкой.
Производить изделия любой конфигурации, особенно с использованием ЧПУ для резки металла лазером. В этом случае мастеру нужно только загрузить в программу чертеж, после чего оборудование выполнит работу достаточно точно и без посторонней помощи.
Проводить раскрой с высокой скоростью – если нужно изготовить небольшую партию, данный подход дает возможность отказаться от штамповки, литья.
Снизить себестоимость готовых деталей, что позитивно отражается на конечной цене изделий. Эта особенность связана с минимальным количеством отходов и возможностью отказаться от дополнительной обработки кромок за счет получение аккуратного реза.
Справляться со сложными задачами, так как резка лазером считается практически универсальной операцией.

Однако не стоит забывать о минусах данного метода. Одним из его основных недостатков являются значительные энергозатраты, из-за которых данный способ обработки является наиболее дорогостоящим.

Тем не менее, сопоставление лазерной резки и штамповки показывает, что первый подход является более экономичным, так как для второго нужно дополнительно изготовить оснастку.

Еще один недостаток использования лазера для резки металла кроется в небольшой толщине заготовок, которые могут обрабатываться этим методом – предельный показатель составляет 20 мм.

Нюансы резки лазером различных металлов

Как уже говорилось выше, лазерная резка имеет ограничения по толщине реза. И чем больше толщина листа, тем большие временные затраты требуются на его обработку. При этом ухудшается качество, ровность раскроя.

Применение лазера для резки предполагает такие особенности для разных металлов:

Сталь 3 не деформируется, даже когда речь идет о тонких листах, ведь в процессе обработки отсутствует контакт с режущим инструментом, используется сфокусированный луч.
Нержавеющая сталь является очень твердым металлом, поэтому посредством лазера удается значительно сократить временные затраты на раскрой в сравнении с механическим способом.
Алюминий относится к достаточно мягким металлам, однако при его механической обработке невозможно обеспечить острую кромку – проблема решается при помощи лазерного метода.
Медь входит в число дорогих материалов, поэтому основным преимуществом использования лазера является возможность сократить ее расход. Данный металл имеет сильные светоотражающие свойства, из-за чего приходится ограничивать толщину листа. В противном случае может быть испорчена режущая головка и есть риск проявления конусности. Специалисты рекомендуют раскраивать медные листы толщиной от 3 мм при помощи плазменной резки, ведь так обеспечивается оптимальная эффективность и качество.

Латунь имеет свойства, практически полностью совпадающие с характеристиками меди, поэтому может обрабатываться лазером для резки металла при толщине листа до 3 мм. Луч быстро и без искажений раскраивает тонкие листы латуни, заготовки не деформируются, рез не имеет конусности, окалин.
Черная/оцинкованная сталь разрезается лазером, если имеет толщину в пределах 20 мм. При превышении данного показателя значительно снижается энергоэффективность и качество работы.
Нержавейка достаточно твердая, поэтому лазер выбирают для раскроя листов толщиной до 10 мм. Большая толщина негативно отражается на качестве края деталей.
Алюминий режут лазером при толщине до 8 мм. Здесь также происходит снижение энергоэффективности при превышении указанной цифры, поскольку речь идет о тугоплавком металле.
Медь и латунь обрабатывают этим методом, если толщина листа составляет до 3 мм. На скорости и качестве обработки отрицательно сказываются высокие светоотражающие свойства данных материалов.

Обычно лазер используют для резки листов металла небольшой толщины, а также в случаях, когда необходимо сформировать геометрически правильные отверстия для точных соединений.

С обработкой листов толщиной свыше 3 мм отлично справляется плазменный станок, не теряя при этом скорости работы. По качеству реза он лишь немного уступает лазеру, но заготовки требуют дополнительной обработки. Под последней понимают, например, удаление окалины с кромки.

Современные станки для лазерной резки

Сегодня на рынке представлен большой выбор техники, осуществляющей раскрой лазером. Многокоординатное оборудование вытесняет шумные механические резаки с низким уровнем производительности.

Мощность конкретного лазера для резки металлов подбирается в соответствии с особенностями производства и экономическими требованиями.

Современные прецизионные станки с ЧПУ обладают точностью раскроя различных материалов до 0,005 мм и могут обрабатывать площадь до нескольких квадратных метров. Также подобное оборудование предполагает высокую автоматизацию производства, а значит, минимальное участие человека во всех процессах.

Для этого в программе задают необходимую геометрию детали. Далее системы настройки фокуса сами устанавливают расстояние, способное обеспечить самый эффективный раскрой.

Подготовка макета для лазерной резки

Производство деталей с помощью лазера для резки металла предполагает выполнение таких этапов:

Оформление идеи.
Подготовка художественного эскиза.
Формирование технического макета модели.
Изготовление тестовой детали.
Проверка параметров, доработка, если она требуется.
Запуск производства.

Создание технического макета требует особого внимания, поскольку точность выполнения работы на данном этапе определяет качество итогового изделия. Любые чертежи для дальнейших операций с применением лазера выполняются в «AutoCAD» или «CorelDraw», поскольку станки работают с форматами именно этих программ.

К макетам предъявляются такие требования:

масштаб чертежа 1:1;
замкнутые контуры, будь то внешние или внутренние;
CIRCLE, LINE, ARC используются в качестве команд для создания контуров;
команды ELLIPSE, SPLINE не учитываются;
наложение линий приводит к тому, что луч повторно проходит по одной траектории;
в чертеже обязательно фиксируется число деталей и используемый материал;
вся информация о чертеже содержится в одном файле.

Лазерная резка стали и цветных металлов сегодня очень популярна. Заказчики небольших партий изделий обращаются в профильные предприятия, ценя их способность быстро выдавать чистовые детали нестандартной формы.

Лазерные технологии нашли применение в декоративном творчестве, применяются для создания дизайнерских украшений, сувениров.

При выборе лазера в качестве инструмента для резки металла важно учитывать окупаемость оборудования, затраты на эксплуатацию. На данный момент подобные системы доступны преимущественно крупным предприятиям, имеющим большой производственный цикл.

Однако развитие технологий неизбежно приведет к снижению цены на станки и сокращению расхода электроэнергии. А значит, в будущем лазеры займут место прочих инструментов для раскроя разнообразных материалов.

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.

Лазерная резка металла: что это такое, плюсы и минусы

Лазерная резка в профессиональных кругах обозначена как Laser Beam Cutting или же сокращенно LBC по своей сути предусматривает нагревание того или иного участка изделия и его последующее разрушение посредством луча лазера.

Суть и технология лазерной резки

Луч лазера фокусируют на небольшом участке изделия и формируют на поверхности высокой плотности энергию, достаточной для обработки металла. Например, для быстрого плавления металла необходима плотность в 108 Ватт на 1 см. кв., и при данном показателе можно добиться таких свойств лазерной установки:

Монохроматичность. В этом случае луч лазера обладает частотой постоянной и неизменной длиной волны, что позволяет добиться точности его фокусировки на определенном участке посредством простой системы линз.
Направленность. Луч лазера можно сконцентрировать на значительно малом участке поверхности. Направленность лазера будет в сотни и тысячи раз точнее луча света.
Когерентность – за счет существующего резонанса достигается высокий уровень мощности. Такие колебания дают волновые процессы, которые независимо от временных рамок будут протекать согласованно.

Независимо от площади и свойств обрабатываемой поверхности, свойства луча лазера и процесса обработки будут протекать одинаково. Достигается это за сет распространения тепла на поверхности обрабатываемого объекта. В области, на которую направлен луч лазера идет нагрев изделия до уровня необходимой температуры плавления – за определенный промежуток времени металл еще больше нагревается и сам процесс плавления идет в его глубь. При необходимости можно добиться уровня кипения металла и фиксация его испарения.

Все это дает возможность проводить резку металла по 2 специальным схемам:

Процесса испарения.
Процесса плавления.

Согласно методу испарения – его применяют при повышенных расхода электроэнергии. Но это не всегда экономически выгодно с позиции экономии, да и метода подходит лишь для обработки тонкого листа стали.

Потому чаще всего обработку проводят методом плавления и для снижения затрат энергии увеличивается сама скорость процесса резки металла, можно обрабатывать более толстый слой металла. Часто специалисты вдувают в сам процесс лазерной резки дополнительный состав газа – инертный или азотный, кислородный.

В частности, сам вспомогательный состав газа может выполнять следующие функции и задачи:

Ускоряет процесс окисления стали и снижает ее отражающие свойства.
Дает дополнительный процесс тепла за счет того, что струя лазера горит активней благодаря дополнительной поставке газа.
Уносит благодаря более мощной струе из зоны сгорания продукты переработки и плавления, мелкие частики.

Плюсы и минусы резки металла лазером

Раскрой металла лазером имеет массу положительных характеристик:

Можно раскроить лист стали небольшой толщины – от 0.2 до 1 мм, да и более массивные листы, до 20 мм., а то и толщине до 50 мм.
При процедуре резке лазером луч не контактирует механически с материалом и это позволит качественно обработать хрупкие и легко деформируемые поверхности.
Для раскроя изделия – достаточно сделать файл с рисунком, а все остальное выполнит программа, компьютер, допуская минимум погрешностей не боле чем в в 0.1 мм.
Резка тонкого листа проводится на большой скорости, это же касается и резки изделий из твердого металлического сплава.
Нет необходимости готовить форму для литья или же закупать дорогие пресс – формы.
Показатели скорости резки – высокие, как и сама производительность, расход материала – оптимальный с минимальными отходами, что в итоге ведет к снижению себестоимости производственного процесса.

Помимо этого, станок лазерной резки можно назвать универсальным – на нем можно производить практически любые детали, независимо от их сложности.

Если говорить о минусах резки лазером, то тут можно выделить такие моменты:

Прежде всего, такая обработка более дорогая в сравнении с иными методами обработки.
Да и сама толщина обработки листа металла ограничена.

Установка лазера для резки – что это?

На современном рынке лазерных установок представлены самые разнообразные модели, с разным уровнем мощности. Условно их можно поделить на такие типы:

Газовый тип. Представлены с продольной/поперечной подачей смеси газа, который применяется в качестве рабочего тела. В таком агрегате смесь газа подается через спецтрубку под действием насоса. При этом электрический наряд для накачивания смеси газа обеспечивает ее атомы, которые пребывают в активном энергетическом состоянии. Самыми эффективными компонентами лазерной установки называют углекислотные щелевидные системы.
Твердотопливная система. В такой системе обязательна лампа накачки – без нее нет возможности передавать необходимый уровень излучения. Рабочим источником тепла в этом случае выступает графитовый или же из неодимового стекла стержень. Такие системы работают в импульсном режиме, хотя при необходимости их настраивают на непрерывный режим работы.
Газодинамические установки. Такие системы схожи с газовыми установками, но в них газовая смесь нагревается до температуры в 2-3 тысячи градусов. После ее пропускают через соло на уровне звуковой скорости и после охлаждается. Данный процесс достаточно сложный и дорогостоящий, потому в силу множества своих операций редко применяется на практике.

Комплектация каждого станка для лазерной резки металла лазером включает в себя такие составляющие:

Лазерная резка металла: что это, виды, плюсы и минусы

Лазерная резка металла (перейти к услуге) — процедура раскроя и разрезания металла и труб высокомощным лазером.

Представляет из себя следующий процесс: лазерный луч, заранее запрограммированный, воздействует на материал в определённой точке. В этой точке металл расправляется из-за интенсивности лазерного луча; в зависимости от технологии материал на воздействуемом участке может испаряться, воспламеняться и выдуваться газовой струёй.

Из-за высокой концентрированности и тонкости луча разрезы получаются сравнительно небольшими и аккуратными. Механической металлообработки в процессе лазерной резки металла не предполагается, поэтому материал получает минимальные деформации на местах срезов. Именно поэтому лазер пользуется такой популярностью в промышленной обработке металла и производстве заготовок под детали: это быстро, чисто и качественно.

Виды лазерных установок и лазерной резки

Технически все лазерные устройства обладают одинаковым набором частей:

источником энергии,
создающим излучение рабочим телом,
набором зеркал — оптическим резонатором.

Однако различаются типы используемого лазера: он может быть твердотельным, газовым и сверхмощным газодинамическим, который обычно применяется не в промышленности для раскроя металла и труб, а в научных разработках. Для производства характерны твердотельные модели, в которых используются либо рубины, либо специальное стекло с присадками.

Разделяют и типы лазерной резки труб и металла:

лазерно-кислородная, в ходе которой в качестве рабочей среды используется кислород. Кислород взаимодействует с расплавленным металлом, образуя окислы, которые выдуваются из зоны плавления газовой струёй,
LASOX, кислородная резка (перейти к услуге) с поддержкой лазерным лучом, когда сначала обрабатываемая поверхность накаляется до 1000°С, а затем на неё воздействует струя кислорода. Подходит для толстых заготовок, при этом края реза получаются очень плавными,
в инертном газе, когда нужно избежать характерного для первого типа окисления. Например, такой тип подходит для алюминия, нержавеющей стали, титана и сплавов. Однако поверхность не нагревается, поэтому порезать таким образом толстые заготовки сложно,
испарительная резка — достаточно малоэффективная процедура, но подходящая для обработки микрочипов и прочих нежных деталей, поскольку практически не разогревает поверхность.

Преимущества и недостатки лазерной резки металла

Универсальность. Использование лазерного станка с ЧПУ позволяет обрабатывать любые металлы очень разной толщины. Например, наши мощности позволяют брать в работу алюминий и нержавейку толщиной от 2 до 15 мм, мягкоуглеродистую сталь от 5 до 25 мм, медь, латунь и гальванизированный металл от 1 до 8 мм.
Подойдёт для хрупких заготовок. Лазерная резка исключает механическую обработку с высоким уровнем «травматичности», поэтому раскраивать и резать на станке можно даже хрупкие заготовки.
Высокая скорость.
Возможность использовать лазерную резку вместо литья и штамповки, а также снижение их себестоимости из-за низкого количества отходов производства.
Высокая точность, в том числе реализуемая благодаря использованию станков с ЧПУ.

Сравнительно высокая стоимость из-за использования большого количества энергии, однако стоимость выравнивается благодаря скорости, удешевлению себестоимости заготовок и высокой точности.
Фиксированная толщина металла, который может разрезать лазер: в среднем до 20 мм, иногда чуть толще для некоторых видов материалов.

Недостатки есть у любого способа обработки металлов, однако лазерная всё ещё является одной из самых универсальных, быстрых, выгодных и доступных в ценовом ключе.

МОП «Комплекс 1» осуществляет резку металла (перейти к услуге) с использованием высокотехнологичного турецкого волоконного лазерного станка Ermaksan Fibermak Momentum Gen-2 мощность 3 кВт, который великолепно режет латунь, алюминий, медь, нержавеющую и мягкоуглеродистую сталь, а также гальванизированный металл различной толщины.

Основы технологии лазерной резки металла

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

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

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

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

Производственное использование лазера

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

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

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

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

Следующее видео представляет волоконный лазерный станок.

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

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

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

Особенности технологического процесса

В результате воздействия светового луча материал заготовки проходит несколько промежуточных изменений для превращения в обработанную деталь:

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.

Активный кислород, подаваемый в зону резания не только выводит продукты плавления металла и охлаждает поверхность среза, но и способствует поддержанию температуры и ускоряет режимы обработки. При лазерной резке не происходит деформации заготовки, следовательно, отсутствуют затраты материала на припуск линейных размеров и необходимость в дополнительных чистовых операциях.

Сравнительные характеристики лазерной и плазменной резки приведены

Современные лазерные комплексы

Мировая станочная индустрия идет в ногу со временем и предлагает своим потребителям самое разнообразное оборудование для лазерной резки металла. Многокоординатные аппараты призваны заменить шумные и низко производительные механические резаки. Мощность лазера зависит от специфики производства и экономического обоснования выбранного агрегата.

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

Специалисты машиностроительных предприятий понимают перспективы использования данной технологии для получения точных деталей с хорошей шероховатостью. Область применения обширна: от простого раскроя листового металлопроката до получения сложных кузовных деталей автомобилей. Явные плюсы лазерной резки металлов сводятся к нескольким резюмирующим аспектам:

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.

Читайте также: