Ювелирная лазерная резка металла

Обновлено: 20.09.2024

Лазерная резка алюминия и других материалов представляет собой инновационную технологию раскроя, базирующуюся на применении сфокусированного луча лазера в качестве режущего инструмента.

1 Лазерная резка алюминия – эффективная и очень экономная

Сплавы на основе алюминия имеют особые оптические и теплофизические характеристики, обусловленные такими его свойствами, как малая возможность поглощения луча лазера и высокая теплопроводность. По этой причине лазерная резка алюминия может выполняться только высоким по мощности лазерным излучением.

Процедура разрезания алюминиевых листов осуществляется на специальной установке с современным компьютерным управлением.

Ее скорость зависит напрямую от толщины обрабатываемого сплава и его состава. При этом всегда желательно проводить операцию резки на малых скоростях, так как в этом случае на материале не образуется никаких (даже мельчайших) изъянов, то есть достигается идеальное качество поверхности.

Достаточно высокий уровень производительности лазерного станка обеспечивается тем, что его режущая головка не контактирует с материалом, последний просто-напросто насквозь прожигается лазерным лучом. Качественный и абсолютно точный контур алюминиевого изделия гарантируется продувкой зоны резания струей газа. А сфокусированное воздействие луча позволяет на ювелирном уровне точности производить сложнейшие конструкции.

Стоит отметить, что безошибочными программными средствами задаются все без исключения параметры операции, поэтому погрешностей при таком способе обработки алюминиевых сплавов практически не бывает. Их срез после операции имеет слегка шероховатую структуру. В связи с тем, что необходимости подготовки пресс-форм для резки изделий изготавливать не требуется, стоимость операции снижается. При этом лазерная резка металла обычно применяется при обработке сравнительно малых партий материала.

Алюминиевые заготовки, которые необходимо разрезать, не нужно закреплять механически, так как динамическое либо статическое влияние на них со стороны луча лазера полностью исключается. Другое достоинство методики – минимальные отходы материала (компьютер раскраивает лист и гарантирует, что продукт после операции резки будет абсолютно соответствовать разработанным чертежам). Помимо этого, к достоинствам относят и нулевую вероятность получения брака даже в тех случаях, когда изделию требуется придать сверхсложную форму.

Кроме всего прочего, безупречность получаемого в результате воздействия лазера среза дает возможность не осуществлять впоследствии достаточно-таки дорогостоящие процедуры по шлифовке металла. Как правило, для выполнения работ по резке алюминия на высоком уровне качества применяются твердотельные лазеры, характеризуемые повышенной мощностью луча.

2 Лазерная резка нержавейки – особенности процесса

Нержавеющая сталь намного более устойчива к разрушению, нежели обычные черные металлы. Традиционные способы ее раскроя за счет этого не всегда эффективны. Именно поэтому лазерная резка материалов такого вида очень быстро стала востребованной.

Достоинства технологии резки нержавеющей стали лазером:

выполняется бесконтактно;
раскрой проводится по контуру, который создается на точных и не допускающих ошибок компьютерах;
максимальная погрешность, которая может отмечаться при резке на лазерной установке, не превышает показателя в 0,08 миллиметра;
вероятность формирования облоя и заусенец – минимальная;
деформации (по линии раскроя) кромки нержавеющего листа практически никогда не фиксируются;
лазерное оборудование сокращает общее время, необходимое для разрезания материалов;
теплопроводимость и плотность изделия может быть любой – луч лазера справится с поставленной задачей;
физические свойства нержавеющей стали в результате лазерной обработки не изменяются.

Важным является и то, что резка проводится с минимальным участием специалистов (за все несет ответственность программное обеспечение), следовательно, пресловутый человеческий фактор не оказывает негативного влияния на результаты работы.

Особенность лазерной резки нержавейки заключается в том, что требуется исключить появление окисленной поверхности при обработке материала. Добиться этого несложно. Предупредить горение металла при резке можно за счет применения азотной среды. Причем азот необходимо подавать в зону резки под давлением до 20 атмосфер.

Если же выполняется раскрой больших по толщине нержавеющих материалов, фокальное пятно лазера следует заглублять в них. Это приводит к увеличению сечения входного отверстия и, естественно, к повышению подачи азота в зону расплава (внутрь материала).

После лазера допускается обработка нержавейки всеми известными в настоящее время аппаратами и инструментами, осуществляя следующие виды работ:

штамповка;
сварка;
гальваническая обработка;
гибка;
покраска и так далее.

3 Лазерная резка меди – некоторые нюансы

Так как теплопроводность меди очень высока, скорость раскроя изделий из нее лучом лазера должна быть невысокой, а вот мощность излучения, наоборот, достаточно сильной. Если не придерживаться данных рекомендаций, точность среза медных и латунных конструкций, а также качество работ будет находиться на неудовлетворительном уровне.

Как правило, лазером разрезают медные листы с толщиной не более пяти миллиметров. Материал с большим показателем толщины обрабатывать на лазерной установке технически и экономически невыгодно, так как требуется обеспечить чрезмерно высокую мощность оборудования.

Как и в случае с алюминиевыми сплавами, медь предпочтительнее разрезать на твердотельных лазерах (их углекислотные аналоги с волной 10,6 мкм не обеспечивают должного качества раскроя). Обычно лазер при работе с медными материалами включается в импульсный режим, который дает возможность снизить площадь участка термовоздействия.

Такая схема оптимальна для тех ситуаций, когда обработке подвергаются тонкие листы. А вот микроплазменный режим функционирования лазера годится для резки изделий большей толщины. Такой режим предполагает создание плазмы в зоне реза, которая нагревает материал и начинает расплавлять его при достижении температуры плавления. Это происходит за счет того, что лазерный луч действует на пары цинка, магния и других плазмообразующих металлов, легко подвергающихся ионизации.

4 Лазерная резка стали – любой металл поддается лазерному лучу

Луч лазера позволяет быстро и точно разрезать листы любой стали. Причем такая технология подходит и для разнономенклатурного мелкосерийного производства, и для обработки однотипных изделий большими партиями. При использовании лазерного оборудования нет потребности долго и тщательно перенастраивать его либо переоснащать при изменении формы заготовки. Специалисту достаточно внести несложные изменения в программу управления установкой, чтобы продолжать раскрой деталей, отличающихся от предыдущих по своей конфигурации.

На современном оборудовании возможна лазерная резка электротехнических сталей (марки 3421–3425), конструкционных (ВСт6сп3, БСт2пс, Ст85, Ст08, 38Х2Н5МА, 20К, ШХ15 и многих других) толщиной до 25мм, используемых в строительной и машиностроительной отрасли для выпуска всевозможных конструкций и механизмов, а также:

Особенности лазерной резки латуни и меди

Резка металлов медной группы имеет свои особенности из-за высокой теплопроводности материала. В чем специфика резки латуни и меди читайте далее.

Резка металлов медной группы имеет свои особенности из-за высокой теплопроводности материала. Медь отличается также большим коэффициентом теплоемкости. Это накладывает определенные требования к оборудованию. При подготовке к процессу, нужно учитывать, что лазерная резка латуни и, особенно, меди тем сложнее, чем толще обрабатываемая пластина. Необходимо правильно подобрать параметры мощности и скорости луча. Общие правила такие: размер лазерного пятна должен быть как можно меньше, а мощность — высокой. Соблюдая условия технологии, можно добиться ровной линии реза. В результате качественно выполненной резки кромки изделия не деформированы.

Разновидности технологий резки лазером

Распространенная технология обработки металлов лазером применима практически ко всем металлам. В их число входят:

нержавеющая сталь,
титан,
алюминий,
медь и сплавы на ее основе.

Самым сложным в работе признан алюминий. При его обработке, также как нержавеющих сталей и титана, скорость процесса снижается из-за светоотражающих свойств этих материалов. При этом толщина листа ограничена (≤6 мм), а лазер используется азотный. Для порезки тугоплавкого стального сплава используется мощный кислородный инструмент. Такой лазер разрезает толстые листы (≤20 мм).

Термины «азотный», «кислородный» лазер происходят от типа газовой среды, в которой происходит процесс. Азот или кислород снижают негативные эффекты образования шлаков, наплывов, возникновение окалины. Детали малых размеров получают путем волоконной резки. Технология подходит для углеродистой, марганцевой или оцинкованной стали, редкоземельных металлов.

Посредством резки лазером изготавливают следующие виды продукции: посуду, автозапчасти, детали лифтов, электрические компоненты, бытовую технику. Отдельно стоит технология гравировки по латуни и меди, используемая для предметов художественного назначения.

Особенности резки металлов медной группы

Тонкий лист режут в импульсном режиме.
Лист большой толщины обрабатывается путем включения микроплазменного режима.

Пористость и шероховатость торца среза устраняется достаточно легко с нижней части изделия. Медный лист плохо поглощает излучение. По этой причине медный прокат режут на минимальных скоростях.

Кроме правильного выбора режимов, необходимо соблюдать условия резки лазером применительно к толщине проката. Этот параметр отличается для сталей, алюминия и меди и ее сплавов с цинком (латунь) и оловом (бронза). Максимальная толщина каждого материала приведена в таблице.

Для справки. Легирующими элементами для бронзы являются также алюминий, свинец, кремний, бериллий. Добавки оказывают влияние на характеристики процессов обработки сплавов.

Оборудование для лазерной резки медной группы

Станки подразделяются на три основных типа.

Твердотельные. Здесь расходным материалом выступают рубин, алюмоиттриевый гранат, неодим. Мощность установок не превышает 6 кВт. Обрабатывают медь, латунь, алюминий.
Газовые, в которых активное тело — газ. Приводятся в действие путем электроразряда. Мощность достигает 20 кВт.
Газодинамические установки создают мощность порядка 150 кВт. В них газ прокачивается со скоростью выше звуковой. Такими машинами режут трубы из разных материалов.

Чтобы не деформировать толстые медные детали, лучше «доверить» процесс твердотельным лазерам. Обычные станки не расплавят лист большой толщины.

Области применения лазерной резки

Кроме обычного раскроя листов металла, способ резки при помощи лазерного излучения востребован в ювелирном деле. Гравировка используется при выполнении надписей на изделиях. Таким методом маркируют промышленные металлические образцы, кодируют детали оборудования, прочее. Ювелирные изделия украшают резьбой, выполненной способом гравировки. Лазерная технология в художественной резке дает отличное качество и высокую точность. Недостаток в использовании лазера — высокие затраты энергии.

В качестве примера приведем набивку на двигателе автомобилей. Символы должны быть маленькими и четкими. Технология обеспечивает требуемую точность. Другое применение — нанесение значков на хрупкие или тонкие изделия. Лазер не создает механического воздействия и не испортит поверхность.

В заключение

Обработка меди, латуни, бронзы лазером выгодна при порезке листов малой толщины. Для резки толстых медных листов придется пользоваться очень мощной установкой. При этом затраты энергии, а значит, и цена будут высокими. Лазер востребован там, где нужна ювелирная точность и четкий контур детали. Технология не накладывает ограничения на размер и конфигурацию искомого изделия. Ювелирные украшения из меди и сплавов обрабатывают лазером, т.к. способ исключает повреждение изделия.

В статье не уделено внимания возможности самостоятельного использования метода лазерной резки. Если у Вас есть подобный опыт, просим поделиться им в блоке комментариев.

Способы художественной резки металла

Художественная или фигурная резка металла способна создавать уникальные предметы интерьера и экстерьера. Мы рассмотрим плазменную и лазерную резку.

Художественная резка металла (другое часто встречающееся название — фигурная) — это создание или нанесение на листы материала оригинальных рисунков, надписей или других изобразительных элементов. Она может быть выполнена при помощи специального оборудования, чаще всего станков, позволяющего обрабатывать прочный и твердый материал как сталь и другие металлы и сплавы. Для работы на подобном оборудовании, как правило, не требуются профессиональные навыки, достаточно внимательно изучить инструкцию и приемы обработки.

Виды художественной резки металла

Фигурная резка металла выполняется одним из четырех основных способов, в основе которых лежат следующие технологии:

лазерная;
плазменная;
гидроабразивная;
гильотинная.

Каждая из технологий имеет достоинства и недостатки. Наиболее современными и потому прогрессивными и широко используемыми считаются первые две.

Лазерная резка

При лазерной резке по металлу для обработки и раскроя материала используется мощный лазер. Чаще данная технология используется в промышленных масштабах, где лазерный луч управляется специальной компьютерной программой. В результате узконаправленного воздействия происходит быстрое нагревание, плавление, а затем испарение или выдувание материала на участке, подвергаемом резке. При этом технология позволяет получать узкий рез с крайне малой зоной воздействия на обрабатываемую поверхность.

Лазерная резка имеет ряд преимуществ:

относительно невысокий уровень затрат (по сравнению с большинством альтернативных технологий, за исключением плазменной резки) при обработке твердых сплавов;
возможность работы с хрупкими сплавами, которые легко деформируются;
безопасность технологических процессов (при использовании исправного оборудования);
отсутствие или крайне малая деформация материала, которая достигается за счет узконаправленной обработки;
возможность создания самых разнообразных и сложных контуров;
отсутствие необходимости последующей отделки или обработки поверхности.

Благодаря особенностям технологии, с использованием лазерной резки можно выполнять рисунки любой сложности, не требующие при этом дополнительной обработки, так как кромки и края сразу получаются гладкие и ровные.

К недостаткам лазерной резки относится невозможность работы с алюминием и его сплавами с нержавеющей сталью. Это вызвано отражающими свойствами материала. Он может быть обработан только с использованием особо мощного лазерного оборудования.

Художественная лазерная резка металла является качественным способом создать узор с наименьшими затратами материала и времени.

Плазменная резка

Художественная резка металла плазмой выполняется плазменной струей, которая используется как режущий инструмент. Она создается следующим образом:

образуется электрическая дуга (между соплом и электродом или между металлом и электродом), зажигание которой происходит за счет импульса или короткого замыкания;
из сопла подается газ, находящийся под давлением;
под действием электрической дуги он превращается в плазменную струю, температура которой достигает 30 тыс. градусов, а скорость — 1,5 тыс. м/с.

Плазменная резка металла обладает следующими достоинствами:

возможность создания рисунков и фигур любой сложности;
качественный, чистый и гладкий разрез;
возможность обработки всех видов металлов;
скорость и производительность используемого оборудования;
отсутствие деформации материала;
безопасность технологических процессов (если используемое оборудование исправно).

Художественная плазменная резка может применяться к материалам с ржавчиной или загрязнением, что не приводит к ухудшению качества обработки. По сравнению с резкой при помощи лазерного оборудования, плазменное обладает большей производительностью и диапазоном материалов, которые возможно обработать.

К недостаткам данного способа резки относятся:

образуемый на кромке конус, вызванный особенностью технологии;
несколько большая, по сравнению с резкой лазером, ширина реза.

Учитывая достоинства и недостатки каждого из описанных методов обработки, практикующие специалисты склоняются к тому, что плазменная резка наиболее востребована, так как имеет лучшее соотношение цена-качество.

Оборудование для художественной резки

Для каждой применяемой при обработке технологии, разработано значительное количество различного оборудования.

Станки для обработки металлов лазером достаточно дороги. Их выпускает множество зарубежных компаний, самыми известные из которых: Trumpf (Германия), ESAB (Швеция), MultiCam (США), Mazak (Япония), Bystronic (Швейцария) и т.д. Несмотря на то, что технология используется два десятка лет, приобрести новое оборудование перечисленных компаний могут позволить себе только относительно крупные промышленные производства.

Тем не менее, необходимо учитывать, что на рынке широко представлено предложение оборудования данной категории, уже бывшее в употреблении, но находящееся в рабочем состоянии. Даже в таком виде, оно практически всегда превосходит многочисленные аналоги китайского производства, которые даже новые не отличаются ни качеством обработки, ни надежностью при эксплуатации.

инвенторная плазморезка. Компактная, отличается экономным расходованием энергии, но боле требовательная к стабильности напряжения;
транформаторная плазморезка. Более надежная, но требующая значительного расхода энергии, имеет большие размеры.

При выборе оборудования для плазменной резки металла учитывают следующие критерии:

мощность;
производительность работы;
материал, из которого выполнена горелка;
внешний вид и дизайн агрегата.

Оборудование для плазменной резки крайне широко представлено на современном рынке, поэтому каждый желающий без труда найдет модель, подходящую именно ему.

Заключение

Применение лазерной или плазменной резки металла позволяет получить качественный продукт с относительно небольшими затратами, благодаря использованию современных технологий и последних достижений в области обработки материалов.

Интересно узнать опыт людей, использовавших различные технологии художественной резки металла на практике. Его можно изложить в комментариях под статьей.

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.

Лазерная резка и гравировка – «тонкая» работа на огромных мощностях

Существует множество самых разных способов разделять на части металл, стекло и прочие материалы или же наносить на их поверхности маркировку, однако наиболее высокотехнологичными по праву являются лазерная резка и гравировка.

1 Технология лазерной резки и свойства луча

Также одной из характеристик лазера является когерентность (согласованность во времени нескольких волновых процессов). Данное свойство способствует возникновению резонанса, а значит, и без того достаточная мощность еще увеличится. Чтобы максимально облегчить процесс управления таким лучом, длину его волн делают фиксированной, частоты имеют минимальный разброс, то есть к его особенностям относится еще и монохроматичность.

Таким образом, благодаря всем вышеперечисленным свойствам лазерного луча, этот концентрированный сгусток энергии можно сфокусировать локально на поверхности какого-либо материала, в результате чего последний нагревается до температуры плавления, а иногда даже кипения. Диаметр луча в основном не превышает полмиллиметра. Именно так и осуществляется лазерная резка латуни, алюминия, цветных металлов и других сплавов.

Лазерная резка обладает длинным списком преимуществ. Кромки получаются узкие, аккуратные, при этом зона термического влияния минимальная. За счет того, что края получаются идеально отшлифованные, отпадает необходимость в механическом воздействии на них, а, следовательно, исключается вероятность появления дефектов в результате механической обработки. Процесс автоматизирован, так что для управления необходим компьютер и программа для лазерной резки. За счет этого вероятность погрешности нулевая, а луч движется строго по запрограммированному пути.

Благодаря высокой степени точности появляется возможность совершать раскрои по очень сложным контурам, чего нельзя сделать при механических способах. Данный процесс отличается высокой производительностью. Недостатков у столь совершенного способа практически нет, кроме высокой стоимости оборудования, правда, она оправдывается экономичностью процесса. Также существуют некоторые трудности с толщиной обрабатываемого металла, так как если она будет превышать 2 сантиметра, то лазерную резку осуществить невозможно.

2 Лазерная резка и гравировка – технология и оборудование

Как только что было сказано, оборудование для такой обработки материалов довольно дорогостоящее, поэтому этим в основном занимаются только крупные предприятия промышленного характера. Технология лазерной резки заключается в том, что сфокусированный луч движется в строго заданном направлении. А так как его диаметр очень маленький, при этом мощность невероятно большая, то он нагревает металл до состояния плавления. Однако смежные с лучом участки, несмотря на то что тоже нагреваются, тем не менее не деформируются. Затем в рабочую зону подается газ, это может быть и кислород, и азот, или же смеси газов с инертными свойствами – все зависит от вида и свойств обрабатываемого металла или сплава. Посредством этой струи осуществляется выдувание расплавленного материала, и получается тонкий и аккуратный рез.

Лазерная художественная резка металла в ювелирном деле или же там, где необходима повышенная точность и лучшее качество, осуществляется путем испарения молекул металла из рабочей зоны. Материал также нагревается под воздействием луча, но в отличие от предыдущего способа происходит смещение зоны плавления вглубь. Верхние же слои, в свою очередь, нагреваются до температуры кипения, что и приводит к испарению. Недостаток данной технологии заключается в том, что она требует значительно больше энергозатрат, поэтому ее целесообразно применять только в особенных случаях.

Процесс лазерной резки металлов полностью автоматизирован начиная от таких примитивных операций, как загрузка листов, и заканчивая сортировкой уже готовых изделий. Есть три основных типа машин. Портальная, когда лист металла неподвижен, а перемещается портал с технической оснасткой. Оборудование для лазерной резки второго типа предполагают ход листа, при этом портал статичен. Существуют также установки, в которых перемещаются одновременно и лист, и портал (первый в продольном направлении, а второй – в поперечном).

Кроме того, различными бывают сами лазеры.

У твердотелых в качестве активного тела выступает рубин, неодимовое стекло либо же алюмоиттриевый гранат. Их мощность обычно не более 6 кВт. Они используются для резки алюминия, латуни или же меди.
Лазеры, в которых активным телом выступает газ, соответственно, называются газовыми. Возбуждение атомов вещества в этом случае осуществляется посредством электрического разряда. Мощность же данных устройств может достигать 20 кВт.
Самые "сильные" установки (150 кВт) – газодинамические – работают за счет прокачки горячего газа со сверхзвуковой скоростью. А наиболее популярными по праву можно назвать машины, в которых происходит прокачка CO₂ в поперечном направлении (1 МВт). Они достаточно компактные и надежные, с их помощью делается лазерная резка труб, металлов и других материалов.

3 Применение лазерной резки и ее особенности

За счет того, что сфокусированный лазерный луч может прорезать практически любой материал – и металл, и оргстекло, и дерево – то такая технология нашла свое применение почти во всех промышленных областях. Так, например, на заводах осуществляется лазерная резка профильной трубы. Кроме того, этот способ обработки очень актуален для ювелирных работ, ведь там как нигде необходима точность. Также популярна гравировка с помощью лазера. Таким образом маркируют, а также кодируют промышленные образцы, разные детали, наносят надписи, особенно это важно для рекламного бизнеса и при изготовлении ювелирных изделий.

Достоинство такой гравировки прежде всего в миниатюрности и отсутствии механического воздействия, так не возникает никаких проблем при работе с тонкостенными и хрупкими изделиями, а значки получаются четкими, что позволяет легко их считывать.

Несмотря на то что применение лазерной резки сегодня довольно популярно и имеет массу достоинств, стоит учитывать ряд особенностей данной технологии обработки материала. Например работая с такими металлами, как медь, латунь и алюминий, необходимо выбирать лазер большей мощностью из-за хорошей теплопроводности данных материалов. Если же необходимо сделать рез на тонкостенной детали, то лучше использовать импульсный режим.

Обработка нержавеющей стали весьма проблематична из-за большого количества легирующих элементов, которые способствуют образованию тугоплавких оксидов. Особенно данный процесс усложняется, когда необходимо работать с материалом большой толщины. В такой ситуации лучше использовать газовые установки с азотом. При резке углеродистых сталей вспомогательной средой является кислород. Однако если необходимо сделать в детали отверстия очень маленького диаметра либо острые углы, то лучше заменить кислород инертным газом, подающимся под высоким давлением.

Читайте также: