Станок лазерной резки

В современном производстве часто возникает необходимость в высокоточной обработке материалов с повышенной прочностью. Методы резки, которые были эффективны полвека назад, уже не отвечают современным требованиям. Для решения этих задач были разработаны инновационные технологии резки.

Одним из самых популярных методов на сегодняшний день является лазерная резка. Эта технология получила широкое распространение и применяется во многих отраслях. Многие профессионалы, не знакомые с лазерной резкой, задаются вопросом, что это за метод и как он работает.

В этой статье мы подробно рассмотрим технологию лазерной резки, её преимущества и недостатки, а также сферы применения. Кроме того, вы узнаете дополнительную полезную информацию, которая будет вам интересна.

Что такое лазерная резка?

Лазерная резка — это современный метод механической обработки, в котором высокоэнергетический лазерный луч используется для разрезания различных материалов. Слово «лазер» означает усиление света за счёт стимулированного излучения.

Этот метод является одним из самых популярных в промышленной сфере. В последнее время лазерные фрезы стали всё чаще использоваться в небольших мастерских, среди любителей, на предприятиях и в школах. Благодаря лазерной резке, становится возможным разрезать любой материал, независимо от его физических свойств.

Непрерывный и импульсный лазерный луч

Лазерные лучи могут работать в двух режимах: непрерывном и импульсном. При непрерывной лазерной резке световой луч используется в течение длительного времени без перерывов. В импульсном режиме лазерные лучи высокой энергии активируются на короткое время. Благодаря сжатию импульсов, достигается высокая плотность энергии в пучке.

Кто создал лазерную резку?

История лазерной резки уходит своими корнями в 1960-е годы. В 1960 году Теодор Майман, американский изобретатель, впервые предложил лазерную технологию. В 1965 году эта технология была успешно применена для создания отверстий в алмазе, что стало первым шагом к ее широкому использованию.

Процесс лазерной резки быстро развивался и адаптировался для различных отраслей промышленности. К 1970-м годам лазерная резка титана уже была коммерческим процессом, активно применяемым в аэрокосмической промышленности.

Эволюция технологии лазерной резки

С момента своего изобретения в 1960 году технология лазерной резки стремительно развивалась. В 1963 году Элиас Снитцер предложил концепцию волоконных лазеров, однако потребовалось еще два десятилетия, чтобы полностью адаптировать эту технологию для коммерческого использования.

Кумар Патель, работая в Bell Labs, в 1964 году создал CO2-лазер, который стал мощным инструментом с непрерывным режимом работы. Этот лазер быстро завоевал огромную популярность. В последующие десятилетия лазерная резка объединилась с другой революционной технологией — числовым программным управлением (ЧПУ).

Основные компоненты станка для лазерной резки

Лазерные режущие станки работают, используя принципы отражения и усиления света. Весь процесс можно разделить на две ключевые системы: оптическую и механическую.

Оптическая система отвечает за создание мощного лазерного луча, который выполняет резку. Механическая же система обеспечивает перемещение лазерного луча, придавая ему желаемую форму.

Основными компонентами системы лазерной резки являются:

Источник питания: Источник питания служит для генерации светового луча.
Лазерный резонатор: Лазерный резонатор представляет собой набор зеркал, которые отражают световой луч в усиливающую среду для его усиления.
Режущая головка: Режущая головка фокусирует лазерный луч в нужной точке контакта.
Механическая система: Механическая система включает двигатели и направляющие, которые отвечают за перемещение режущей головки вдоль обрабатываемой детали.
Система управления движением: Эта система отвечает за направление двигателей и рычагов в нужное место, чтобы лазер мог перемещаться с высокой точностью.

Это лишь основные компоненты системы лазерной резки. Современные коммерческие лазерные станки оснащены гораздо большим количеством дополнительных элементов, таких как охлаждающие станции, пылеулавливатели и системы удаления шлака, что обеспечивает их более эффективную и безопасную работу.

Как работает станок для лазерной резки?

Лазерная обработка предоставляет широкий спектр возможностей для различных отраслей промышленности. Независимо от специфики, основной рабочий процесс большинства этих станков остается неизменным. Ниже описаны основные этапы работы на лазерном станке с числовым программным управлением (ЧПУ):

1. Ввод G-кода

Процесс работы станка начинается с ввода оператором G-кода в систему. G-код задает станку для лазерной резки направления движения.

2. Генерация лазерного луча

Как только машина начинает работать, лазерный резонатор генерирует световой луч. Процесс генерации лазера может различаться в зависимости от типа лазера, а также его цвет. Например, в CO2-лазерах лазерный генератор испускает инфракрасный свет, который полностью виден человеческому глазу.

3. Направление лазерного луча

Система направления отвечает за передачу лазерного луча к системе фокусировки. Она состоит из нескольких зеркал, которые могут изменять его направление. В области фокусировки лазер также может быть согнут с помощью специализированного устройства.

4. Лазерная фокусировка

Система фокусировки играет ключевую роль в уменьшении ширины лазерного луча и увеличении его мощности. Для этого используются лазерная фокусирующая головка и фокусирующая линза. Система фокусировки гарантирует, что сфокусированный лазерный луч имеет идеально круглую форму без рассеянного света. Лазерный луч попадает в аппарат через сопло.

5. Резка материала

Сфокусированный лазерный луч направляется на обрабатываемый материал. В точке контакта он воздействует на материал в течение достаточного времени, чтобы расплавить его. Продолжительность этого воздействия зависит от толщины и типа материала.

6. Движение режущей головки

Механическая система перемещает лазерную головку, придавая ей необходимую форму в соответствии с инструкциями, указанными в G-коде. Скорость движения определяется конкретной задачей.

Каковы основные параметры лазерной резки?

В промышленных условиях понимание и настройка параметров лазерной резки являются ключевыми факторами, которые обеспечивают максимальную эффективность, точность и качество. Правильные настройки гарантируют совместимость материалов и повышают общую производительность процесса резки.

Мощность лазера: Мощность лазера, измеряемая в киловаттах (кВт), определяет толщину и тип материалов, которые могут быть эффективно обработаны. Правильная настройка мощности является основополагающим фактором для выполнения точных разрезов. Недостаточная мощность может не проникать в материал, в то время как чрезмерная может привести к его повреждению или снижению качества резки.
Скорость резки: Скорость резки, обычно измеряемая в метрах в минуту (м/мин), должна быть сбалансирована с мощностью лазера и другими параметрами для достижения эффективной и точной резки. Оптимальная скорость обеспечивает плавный срез, минимизируя риски, такие как подгорание или неполный срез.
Частота импульсов: Частота импульсов, измеряемая в герцах (Гц), определяет количество лазерных импульсов, которые излучаются в секунду. Она оказывает значительное влияние на подачу энергии, эффективность резки и качество конечного результата. Более высокие частоты обеспечивают улучшенную гладкость тонких материалов, в то время как более низкие частоты больше подходят для обработки более толстых материалов.
Длительность импульса: Длительность импульса, измеряемая в микросекундах или наносекундах, определяет, сколько энергии передается поверхности материала. Короткие импульсы применяются для детальной обработки тонких материалов, в то время как для более глубоких разрезов на толстых материалах требуются более длинные импульсы.
Длина волны: Длина волны определяет, как лазер взаимодействует с различными материалами. Волоконные лазеры идеально подходят для резки металлов, CO2-лазеры – для неметаллов, а Nd:YAG-лазеры – для высокоточной резки металла. Подходящая длина волны способствует оптимальному поглощению материала и, как следствие, более эффективной резке. Для волоконных лазеров диапазон длин волн составляет от 800 до 2200 нм, для CO2-лазеров – 10,6 мкм, а для Nd:YAG-лазеров – 1,064 мкм.
Настройка фокуса (Z-смещение): Настройка фокуса (Z-смещение) определяет, где лазерный луч фокусируется на материале. Правильное расположение фокуса обеспечивает высокую плотность энергии при резке. Для достижения оптимальных результатов фокусная точка должна находиться в центре толщины материала, что гарантирует равномерный срез.
Тип вспомогательного газа и давление: Тип вспомогательного газа и создаваемое давление играют важную роль в качестве и эффективности резки. Кислород ускоряет процесс резки толстой стали, азот предотвращает окисление нержавеющей стали и алюминия, а сжатый воздух обеспечивает экономичность при работе с тонкими материалами.
Диаметр сопла: Диаметр сопла играет важную роль в фокусировке и характеристиках лазерного луча. Меньший диаметр обеспечивает более концентрированный луч для детальной резки, в то время как больший диаметр позволяет ускорить процесс резки более толстых материалов, что в целом влияет на качество и эффективность процесса.
Зазор между соплом и поверхностью материала: Поддержание оптимального зазора между соплом и поверхностью материала обеспечивает оптимальный расход газа и фокусировку луча. Сокращение расстояния до минимума увеличивает давление газа, что способствует более четкой очистке траекторий резания и повышению качества резки благодаря эффективной концентрации энергии.
Частота повторения (частота импульсов): Частота повторения, или частота импульсов, определяет, сколько лазер генерирует импульсов в секунду. Более высокая частота идеально подходит для быстрой резки тонких материалов, в то время как более низкая частота позволяет сосредоточить больше энергии на каждом импульсе для обработки толстых материалов, снижая тепловыделение и обеспечивая высокое качество резки.

Какие существуют различные типы процессов лазерной резки?

Для различных целей и задач существует множество вариантов лазерной резки, которые активно используются в промышленности. К числу таких процессов и станков для лазерной резки относятся:

Лазерная резка CO2

В процессе лазерной резки CO2 лазерное излучение усиливается благодаря выделению газа CO2. CO2-лазеры — одни из самых ранних и широко используемых типов лазеров. Газовый разряд, используемый в этой технологии, не ограничивается CO2, но также включает азот, водород, ксенон и гелий.

Лазерная резка CO2 может осуществляться двумя способами: с использованием кислорода или азота. Кислород идеально подходит для резки более толстых материалов, в то время как азот более эффективен для тонких листов. При лазерной резке с использованием кислорода на поверхности среза образуется оксидный слой. Чтобы избежать этого, заготовка подвергается предварительной обработке, например, струйной обработке.

Лазерная резка волокон

В процессе лазерной резки волокон используется оптическое волокно для усиления света вместо обычного газоразрядного лазера. Свет, излучаемый лазерными диодами, проходит через оптическое волокно, создавая мощный световой луч, способный расплавить нержавеющую сталь толщиной до одного сантиметра.

Часто этот световой луч сопровождается сильным воздушным потоком, который выталкивает расплавленный материал, обеспечивая чистый срез. В волоконной оптике этих лазеров применяются такие элементы, как иттербий, неодим, эрбий и диспрозий.

Лазерная резка Nd:YAG

Аббревиатура Nd:YAG расшифровывается как легированный неодимом иттриево-алюминиевый гранат (Nd:Y3Al5O12). Кристаллы Nd:YAG используются в лазерах для усиления луча вместо газоразрядных или волоконных лазеров. Эти лазеры могут излучать как непрерывный, так и импульсный лазерный луч.

Эксимерная лазерная резка

Эксимер — это возбуждённый димер. В процессе эксимерной лазерной резки применяется ультрафиолетовый лазерный луч. Эта технология широко используется в прецизионных операциях на небольших масштабах, включая глазную хирургию, микроэлектронику и резку полупроводников.

Прямая диодная лазерная резка Прямой диодный лазер (DDL) отличается тем, что лазерный луч генерируется непосредственно из диодов, без использования дополнительных усиливающих устройств, таких как газоразрядные или оптоволоконные лампы. Диоды производят достаточно мощный лазерный луч, который обеспечивает эффективную резку. Эффективность прямой диодной лазерной резки очень высока.

Какие существуют методы лазерной резки

Лазерная резка — это уникальная технология, основанная на использовании концентрированного луча света для точной обработки различных материалов. В зависимости от свойств материала и желаемого результата, применяются различные методы лазерной резки, каждый из которых имеет свои особенности.

1. Лазерная резка плавлением

— Принцип: Луч нагревает материал до температуры плавления, а затем струя инертного газа (азот или аргон) выдувает расплав, оставляя чистый край.

— Применение: Металлы (сталь, алюминий), а также пластики.

— Плюсы: Чистые кромки и минимальная деформация материала.

— Лазеры: Фиберные и дисковые.

2. Лазерная испарительная резка (сублимация)

— Принцип: Материал испаряется под воздействием лазерного луча, не переходя в жидкую фазу.

— Применение: Дерево, акрил, тонкие металлы, а также ткани.

— Плюсы: Отсутствие остаточного расплава и гладкие края.

— Лазеры: CO₂ и УФ-лазеры.

3. Кислородная (газохимическая) резка

Кислородная резка

— Принцип: Кислород вступает в реакцию с нагретым материалом, что приводит к усилению резки за счет экзотермического окисления.

— Применение: Толстые металлы, такие как углеродистая сталь.

— Плюсы: Высокая скорость для обработки толстых заготовок.

— Лазеры: Фиберные и CO₂ (редко).

Контролируемое растрескивание

— Принцип: Локальный нагрев вызывает напряжения, которые приводят к аккуратному расколу материала.

— Применение: Хрупкие материалы, такие как стекло и керамика.

— Плюсы: Отсутствие сколов, идеально подходит для хрупких структур.

— Лазеры: УФ-лазеры и импульсные лазеры.

Холодная лазерная резка (ультракороткоимпульсная)

— Принцип: Фемто- или пикосекундные импульсы разрушают материал без нагрева.

— Применение: Чувствительные материалы, такие как электроника и медицинские импланты.

— Плюсы: Отсутствие зоны термического влияния, микроскопическая точность.

— Лазеры: Ультракороткоимпульсные.

Типы лазеров:

— CO₂-лазеры (10,6 мкм): Для неметаллов, таких как пластик и дерево.

— Фиберные лазеры (1,06 мкм): Для металлов, обеспечивая высокую скорость и энергоэффективность.

Обзор методов лазерной резки

Ультрафиолетовые (УФ) лазеры

— Микрообработка: УФ-лазеры идеально подходят для работы с микроскопическими деталями, включая полимеры и полупроводники.

Дисковые лазеры

— Альтернатива фиберным лазерам для толстых металлов:** Дисковые лазеры представляют собой более экономичное решение для обработки массивных металлических конструкций.

Как выбрать подходящий метод?

1. Материал:

– Металлы: Для резки металлов можно использовать плавление или кислородную резку.

– Неметаллы: Для обработки неметаллических материалов идеально подойдут сублимация или CO₂-лазеры.

– Хрупкие материалы: В случае с хрупкими материалами оптимальным выбором станет контролируемое растрескивание.

2. Толщина:

– Тонкие материалы: Для обработки тонких материалов идеально подходит холодная резка.

– Толстые металлы: В случае с толстыми металлами рекомендуется использовать кислородную резку или фиберные лазеры.

3. Точность:

– Микрообработка: Для достижения высокой точности в микрообработке можно использовать ультракороткие импульсы или УФ-лазеры.

Современные тенденции

— Гибридные установки: Сочетание лазера с водоструйной или плазменной резкой позволяет создавать уникальные решения для обработки различных материалов.

— AI-оптимизация: Искусственный интеллект активно используется для подбора оптимальных параметров, таких как мощность, скорость и газ, что значительно упрощает процесс резки.

— Экологичность: Использование азота вместо кислорода позволяет снизить уровень окисления и минимизировать воздействие на окружающую среду.

Новые методы лазерной резки

В последние годы технологии лазерной резки активно развиваются, предлагая инновационные решения для сложных материалов и задач. Вот новейшие методы, которые стали трендами в 2023–2024 годах:

1. Лазерная резка с адаптивным фокусом (Dynamic Focus)

— Принцип: Использование интеллектуальных систем, автоматически корректирующих фокус лазера в реальном времени для работы с неровными или криволинейными поверхностями.

— Применение: Резка труб, объемных деталей, композитных материалов.

— Преимущества: Повышенная точность на сложных геометриях, отсутствие ручной настройки.

— Технологии: Датчики высоты, AI-алгоритмы для анализа поверхности.

2. Гибридная лазерно-водоструйная резка

— Принцип: Комбинация лазерного луча и тонкой струи воды под высоким давлением. Вода фокусирует лазер, охлаждает зону реза и удаляет частицы.

— Применение: Тугоплавкие материалы (карбиды, керамика), многослойные композиты.

— Преимущества: Минимальная зона термического влияния, чистота реза, возможность резки толстых заготовок (до 300 мм).

3. Лазерная резка с наносекундными импульсами

— Принцип: Использование импульсов длительностью в наносекунды (между пико- и микросекундами) для баланса между скоростью и точностью.

— Применение: Микромеханика, электроника (резка медных дорожек, тонких пленок).

— Преимущества: Меньше затрат энергии по сравнению с фемтосекундными лазерами, высокая производительность.

4. Мультилучевая лазерная резка

— Принцип: Одновременное использование нескольких лазерных лучей, синхронизированных для работы над одной задачей.

— Применение: Сверхскоростная резка тонких металлов (например, в автомобильной промышленности), гравировка.

— Преимущества: Увеличение скорости в 2–3 раза, равномерное распределение тепла.

5. Зеленые лазеры (длина волны 515–532 нм)

— Принцип: Лазеры с зеленым спектром лучше поглощаются медью, золотом и другими материалами с высокой отражающей способностью.

— Применение: Электроника (PCB, аккумуляторы), резка меди для электромобилей.

— Преимущества: Стабильность процесса, отсутствие обратного отражения, повреждения оборудования.

6. Лазерная резка с ИИ-оптимизацией

— Принцип: Искусственный интеллект анализирует материал, толщину и требования, автоматически подбирая мощность, скорость, тип газа и фокус.

— Применение: Серийное производство с переменными параметрами (например, аэрокосмические компоненты).

— Преимущества: Снижение брака, экономия времени на настройку, адаптивность к новым материалам.

7. Холодная абляция с фемтосекундными лазерами

— Принцип: Ультракороткие импульсы (10⁻¹⁵ сек) испаряют материал на молекулярном уровне без нагрева окружающих зон.

— Применение: Медицина (стенты, микроимпланты), оптика, полупроводники.

— Преимущества: Идеальная кромка, отсутствие деформации даже у термочувствительных материалов (полимеры, биосовместимые покрытия).

8. Лазерная резка в вакууме

— Принцип: Процесс проводится в вакуумной камере, что исключает окисление и улучшает качество реза.

— Применение: Высокореактивные металлы (титан, магний), наноматериалы.

— Преимущества: Чистота поверхности, отсутствие необходимости в защитных газах.

9. Аддитивно-субтрактивные гибридные системы

— Принцип: Комбинация 3D-печати и лазерной резки в одной установке. Деталь сначала печатается, затем обрабатывается лазером.

— Применение: Создание сложных прототипов, индивидуальные медицинские изделия.

— Преимущества: Сокращение этапов производства, высокая гибкость.

Тренды 2024 года:

— Экологичность: Замена кислорода на сжатый воздух или азот в системах резки для снижения выбросов.

— Роботизация: Интеграция лазеров в коллаборативные роботы (cobots) для мелкосерийного производства.

— Квантовые лазеры: Эксперименты с лазерами на основе квантовых точек для сверхточной микрообработки.

Эти методы открывают возможности для работы с материалами, которые раньше считались непригодными для лазерной резки, а также повышают скорость, точность и экологичность процессов.

Конфигурации станков для лазерной резки

Ниже представлены три основных типа станков для лазерной резки:

1. Конфигурация с движущимся материалом:

В этой конфигурации лазерная головка остается неподвижной, а обрабатываемый материал перемещается относительно нее. Преимущество такой системы заключается в том, что удаленный материал скапливается в одном месте, что облегчает его извлечение. Однако скорость резания в этом процессе ниже, так как перемещать крупногабаритную заготовку сложнее, чем маленькую режущую головку.

Еще одно важное преимущество конфигурации с движущимся материалом — постоянное расстояние перемещения лазера. Это означает, что требуется меньше оптических приборов для управления процессом.

2. Гибридная конфигурация:

Гибридная конфигурация сочетает в себе элементы обеих предыдущих конфигураций. Обычно материал перемещается по оси X, а лазер — по оси Y, так как последняя короче.

Расстояние, которое проходит лазерный луч, не является постоянным. При перемещении режущей головки по оси Y расстояние между резонатором и режущей головкой постоянно меняется. Для поддержания постоянной мощности лазера необходима некоторая компенсация. Это достигается за счёт увеличения оптической мощности по сравнению с конфигурацией движущегося материала. Однако рабочий процесс этих лазеров протекает быстрее.

3. Конфигурация летающей оптики

В конфигурации Flying optics режущая головка перемещается, а рабочий стол остаётся неподвижным. Режущая головка может перемещаться как по оси X, так и по оси Y. Конфигурация Flying optics обеспечивает самую высокую скорость резания из всех трёх вариантов.

Однако при перемещении режущей головки расстояние до лазера постоянно меняется. Это требует сложной настройки оптики, которая может учитывать это переменное расстояние.

Какие материалы можно резать лазером?

Лазерные резаки способны обрабатывать практически любые материалы, за исключением очень немногих исключений. Вот перечень некоторых материалов, которые поддаются лазерной резке:

Металлы

Лазерные инструменты стали неотъемлемой частью большинства металлообрабатывающих производств. Лазерная резка металла находит широкое применение в различных отраслях промышленности для выполнения точных надрезов на различных видах металла. Наиболее распространенными способами лазерной резки являются:

— Листовой металл;

— Прутки;

— Трубы.

Лазерная резка металлов отличается от резки дерева или керамики. Основными сложностями, возникающими при работе с металлами, являются их высокая теплопроводность и отражательная способность. Эти проблемы решаются путем уменьшения площади обрабатываемой детали и увеличения интенсивности лазерных лучей.

Среди наиболее распространенных металлов и сплавов, которые можно разрезать лазером, можно выделить:

Стали (углеродистая сталь, низкоуглеродистая сталь, нержавеющая сталь и т.д.);

— Алюминий, медь, латунь, никель и вольфрам

Эти металлы являются одними из самых популярных материалов для лазерной резки. Однако, в отличие от листового металла, с некоторыми видами пластмасс работать немного сложнее. При нагревании до высоких температур некоторые пластмассы могут выделять токсичные пары, поэтому важно знать, какие виды пластика подходят для лазерной резки.

Пластмассы, подходящие для лазерной резки

Вот список некоторых видов пластмасс, которые успешно обрабатываются лазером:

— Акриловые краски

— Делрин

— Полипропилен

— Майлар

— ПММА

— Поликарбонат

— POM

— Полиэстер

— Полиэтилен

Дерево

Лазерная резка является одним из самых эффективных способов обработки древесины. Лазеры могут работать со всеми типами древесины без каких-либо ограничений. Лазерная гравировка на дереве также очень популярна, как и лазерная резка. Единственный нюанс, который следует учитывать, — это толщина древесины. Если толщина превышает 20 мм, водоструйные установки могут обеспечить более качественные результаты.

Распространенные виды древесины, которые можно резать лазером

Вот список наиболее распространенных видов древесины, которые поддаются лазерной резке:

— Хвойные породы

— Все виды лиственных пород

— Фанера

Ткани

Лазерная резка — это идеальный способ работы с тканями. Традиционные методы резки могут привести к нежелательному истиранию краев ткани, что портит конечный результат. Однако лазерная резка не имеет такого негативного эффекта. Высокая температура лазера обеспечивает чистый срез и уплотняет волокна ткани, что создает более качественные изделия.

Вот некоторые распространенные ткани, которые прекрасно поддаются лазерной резке:

— Кожа

— Хлопок

— Шелк

— Полиэстер

— Фетр

— Белье

— Кружево

— Руно

Бумажные изделия

Бумага для лазерной резки широко применяется для изготовления картонных коробок, упаковочной продукции, диорам и декоративных элементов, таких как свадебные приглашения и баннеры. Кроме того, бумага для лазерной резки обладает непревзойденной консистенцией, что делает ее идеальным выбором для различных творческих проектов.

Пена

Лазерные резаки обеспечивают идеально гладкие разрезы на пенопласте, не оставляя за собой никаких шероховатостей. Однако перед началом работы необходимо убедиться, что пенопласт не выделяет токсичных паров при нагревании.

К числу безопасных для лазерной резки видов пенопласта относятся полиуретан, полиэтилен и полиэстер. Однако стоит отметить, что некоторые типы пенопласта, такие как пенополистирол, легко воспламеняются и могут выделять вредные пары. При работе с такими материалами необходимо проявлять особую осторожность.

Стекло

Стекло — это очень хрупкий материал, и неравномерное усилие или неравномерный нагрев могут легко привести к его растрескиванию. Именно поэтому лазерные резаки часто используют для контролируемой резки стекла. Лазерное травление на стекле также является распространённым методом, особенно для изготовления декоративных предметов, таких как трофеи и панно.

Керамика

Керамика, подобно стеклу, отличается хрупкостью. В связи с этим для её резки и травления обычно используется метод контролируемого разрушения. Наиболее распространённым примером лазерной резки керамики является керамическая плитка. Также в производстве керамических изделий широко применяется лазерная гравировка.

Какие материалы не подходят для лазерной резки?

Лазерные резаки способны обрабатывать практически любые материалы. Однако существуют определенные материалы, которые не следует подвергать лазерной резке. К таким материалам относятся:

1. Стекловолокно: Стекловолокно содержит эпоксидную смолу, которая при нагревании выделяет токсичные пары. Это может представлять опасность для здоровья.

2. Вспененный полипропилен: Вспененный полипропилен отличается высокой воспламеняемостью. После возгорания он плавится, и капли продолжают гореть, не затухая самостоятельно. Когда расплавленные капли остывают, они превращаются в очень твердые образования, что создает дополнительные трудности в процессе удаления.

3. АБС-пластик: АБС-пластик также легко воспламеняется и плавится, что может привести к образованию нежелательных и трудноудаляемых отложений. Кроме того, при нагревании этого материала выделяется токсичный газообразный цианид, который может нанести вред здоровью.

4. ПВХ и винил: При нагревании лазером эти материалы выделяют газообразный хлор, который может повредить лазерный резак, разъедая металлические детали и нарушая оптику.

5. Толстые поликарбонатные листы: Поликарбонатные листы толщиной более 1 мм могут воспламениться в процессе лазерной резки. Кроме того, они могут обесцвечиваться и иметь проблемы с режущей кромкой.

6. HDPE: HDPE (высокой плотности полиэтилен) легко воспламеняется при контакте с лазерным излучением. Он может воспламеняться, плавиться и образовывать нежелательные отложения, что создает дополнительные проблемы.

Плюсы и минусы лазерных станков

Лазерные станки обладают множеством преимуществ и некоторыми ограничениями. Давайте рассмотрим каждое из них по отдельности:

В чем преимущества лазерных станков?

Точность: Лазерные станки обладают самой высокой точностью среди всех методов резки. Высокая точность достигается за счет того, что луч света сужается до чрезвычайно малого диаметра. Точность лазерной резки даже выше, чем при таких процессах, как гидроабразивная резка.

Скорость: Лазерная резка на станках тонких материалов выполняется чрезвычайно быстро. Скорость может легко превышать 3 метра в минуту. Поэтому лазерные станки широко используются на сборочных линиях массового производства.

Универсальность: Лазерная резка на станках применяется в самых разных областях и для самых разных целей. Это делает ее очень универсальным методом резки.

Настройка: Можно создавать индивидуальные формы, просто изменяя программу ЧПУ.

Автоматизация: Современная лазерные станки с ЧПУ работает с системами ЧПУ. ЧПУ может автоматически управлять движением режущей головки.

Беспыльная резка: при использовании лазера на обрабатываемой детали не образуется пыли. Например, при резке древесины волоконными лазерами не образуются опилки.

Меньше отходов: Лазерный станок работает очень точно и удаляет очень мало материала с заготовки. Это приводит к минимальному расходу материала. Это чрезвычайно полезно при резке драгоценных металлов, где потеря материала может привести к потерям.

Недостатки лазерного станка

Бюджетность: Лазерные станки — это промышленное оборудование. При ограниченном бюджете может быть сложно окупить первоначальные инвестиции и затраты на техническое обслуживание.

Безопасность: Безопасность современных лазеров не является большим ограничением, поскольку они оснащены защитными мерами. Однако оператору все равно требуется обучение технике безопасности.

Опасные материалы: Некоторые материалы небезопасны для лазерной резки. Важно заранее ознакомиться с этими материалами, чтобы избежать повреждения оборудования и травм людей.

Толщина: Лазерная резка хорошо подходит для тонких материалов, таких как листовой металл. Однако она не подходит для толстых материалов, таких как металлические блоки.

Области применения лазерной резки

В настоящее время лазерная резка стала неотъемлемой частью практически всех отраслей промышленности. Ниже представлены некоторые из наиболее распространенных сфер ее применения:

Автомобильный сектор: Лазерный резак активно используется в автомобилестроении для резки листового металла, позволяя создавать различные компоненты, такие как выхлопные системы, рамы, подвески и другие элементы кузова.

Аэрокосмический сектор: В аэрокосмической промышленности точность является ключевым фактором, и лазерный резак идеально подходит для выполнения этой задачи. Лазеры используются для производства деталей каркаса самолетов, лопаток турбин и других мелких компонентов.

Производство: Волоконные лазеры находят широкое применение на сборочных линиях промышленных предприятий, включая металлообрабатывающие цеха, текстильные фабрики, производство пластмассовых деталей и многие другие.

Электроника: Лазерный резак представляет собой поистине универсальное устройство, которое позволяет легко изготавливать однородные детали для самых разнообразных электронных устройств, включая телевизоры, смартфоны, ноутбуки, планшеты и многие другие.

Рекламный сектор: В рекламной индустрии лазерный резак находит широкое применение для создания гладких краев и эстетически привлекательных элементов, таких как вырезы, вывески и логотипы брендов.

Архитектура: Лазеры также активно используются в архитектурной сфере для изготовления декоративных изделий, включая облицовку и художественные инсталляции.

Медицинский сектор: Мощная энергия лазера находит применение в медицинской промышленности для производства медицинских изделий. Кроме того, лазерные системы также используются в хирургическом оборудовании.

Как лазерная резка применяется для гибки листового металла?

Лазерная резка стала настоящим прорывом в процессе гибки листового металла, обеспечивая непревзойденную точность и скорость. Давайте более подробно рассмотрим, как она облегчает операции гибки:

Повышенная точность резки: Высокая точность лазерной резки обеспечивает максимально точный разрез, что крайне важно для точного гиба. Эта точность гарантирует, что металл будет изгибаться по заданным линиям, минимизируя вероятность ошибок.

Высокая эффективность: Лазерная резка значительно сокращает время, затрачиваемое на подготовку листового металла. Такая скорость обработки позволяет ускорить операции гибки и, как следствие, ускорить завершение проекта.

Гибкость конструкции: Благодаря возможности создания сложных деталей и узоров, достигаемой при лазерной резке, открываются новые горизонты для проектирования. Эти сложные конструкции легко интегрируются в процесс гибки, открывая путь к созданию уникальных изделий.

Программное обеспечение для проектирования лазерной резки

Программное обеспечение для лазерной резки является мощным инструментом, который значительно упрощает работу оператора станка, обеспечивая высокое качество и точность резки. В отличие от программного обеспечения с числовым программным управлением (ЧПУ), программы для лазерного проектирования более доступны.

Ключевой особенностью этих программ является их способность создавать векторные файлы для лазерного станка. В отличие от пиксельных изображений, векторные файлы не теряют своего качества при изменении размера. Это делает их идеальным выбором для создания сложных и точных деталей.

Советы по дизайну для лазерной резки

В Accurl мы предлагаем множество рекомендаций, которые помогут вам достичь впечатляющих результатов в ваших проектах лазерной резки. Вот несколько ключевых советов по дизайну, которые стоит учесть:

1. Выбор правильного формата: Не забывайте о важности выбора подходящего формата для вашего векторного файла. Наиболее распространенными форматами являются dxf, eps, step и ai. Изображения в формате jpg и jpeg не подходят для лазерной резки.

2. Избегайте текстовых полей: Лазерные резаки не способны распознавать текст, поэтому избегайте использования текстовых полей в ваших файлах дизайна. Вместо этого преобразуйте текст в рисунки на основе геометрических фигур. Например, букву «W» можно создать из четырех наклонных прямых линий.

3. Правильный выбор материала: Убедитесь, что выбранный вами материал подходит для лазерной резки. Важно ознакомиться с особенностями и ограничениями каждого материала, чтобы обеспечить успешное завершение вашего проекта.

4. Простота – это ключ к успеху: Простой дизайн является лучшим выбором для лазерной резки. Сложные конструкции могут создать проблемы при резке и привести к поломкам.

Допуск при лазерной резке

Допуск при резке — это мера отклонения реальной детали после обработки от ее запланированной формы. Чем меньше допуск, тем более точным является процесс. Чтобы сравнить точность двух различных методов, нужно рассмотреть их значения допусков. Процесс с более низким допуском, соответственно, будет более точным.

Лазерная резка обладает одним из самых низких допусков среди промышленных технологий — менее +/- 0,01″. Это делает лазерную резку одним из самых точных процессов в мире.

Максимальная толщина лазерной резки

Одним из часто задаваемых вопросов, связанных с лазерными системами, является максимальная толщина, которую они могут разрезать. Точное значение этой максимальной толщины зависит от типа материала, с которым предстоит работать.

Например, лазер способен разрезать мягкую сталь толщиной до 2,5 см (1 дюйм). Для других материалов максимальная толщина составляет примерно 2 см. Мощность лазера также влияет на максимальную толщину разрезаемого материала. Лазер с высокой мощностью может обрабатывать более толстые материалы, чем лазер с низкой мощностью.

Опасности лазерной резки

Лазерные системы обработки могут представлять определенные риски. Эти мощные станки способны резать самые твердые материалы, расплавляя их, поэтому их потенциал очень высок. Перед началом работы с ними важно осознавать потенциальные опасности, которые они могут представлять.

Современные лазерные системы оснащены различными защитными средствами, которые помогают предотвратить подобные проблемы. Тем не менее, для обеспечения безопасности эксплуатации крайне важно выбрать качественную лазерную систему.

Влияние лазерной резки на окружающую среду

Степень воздействия лазерного резака на окружающую среду во многом определяется тем, как вы его применяете. Поскольку лазерная резка — это промышленная технология, она оказывает определенное влияние на выбросы углекислого газа. Однако, энергопотребление этих станков значительно ниже, чем у аналогичных режущих инструментов.

Кроме того, лазерные фрезы позволяют значительно сократить потери материала. Высококачественные лазеры для обработки с ЧПУ служат долгие годы и не требуют замены. Все эти факторы делают лазерную резку весьма экологичной технологией.

Насколько выгодна лазерная резка?

Лазерная резка — это чрезвычайно экономичный метод обработки материалов. Стоимость станка для лазерной резки может варьироваться от 400 000 до 3 000 000 рублей.

При этом, эксплуатационные расходы на эти станки чрезвычайно низки и составляют примерно 500 рублей в час. Учитывая высокую производительность и широкие возможности этих машин, они представляют собой наиболее выгодный вариант с точки зрения финансовой эффективности.

Какова потребляемая мощность лазерной резки?

Обычно потребляемая мощность лазерной резки варьируется от 0,1 кВт до 15 кВт. Этот показатель в значительной степени зависит от типа используемого лазера, его максимальной мощности и эффективности вспомогательного оборудования.

Как долго служат лазерные станки?

Срок службы лазерных станков может достигать примерно 100 000 часов, что эквивалентно более чем 45 годам непрерывной работы. Однако, если говорить о углекислотных лазерах, то их срок службы составляет всего лишь 30 000 часов, что соответствует примерно 15 годам эксплуатации. В каждом лазере имеются определенные расходные материалы, которые требуют замены через определенные промежутки времени. Например, трубки могут служить около 500 часов, после чего их необходимо заменить.

Как лазерная резка связана с обработкой лазерным лучом?

Лазерная резка и лазерно-лучевая обработка (LBM) имеют общую основу — лазерные технологии. Тем не менее, они различаются по своим конкретным областям применения и методам обработки.

Техника и область применения: Лазерная резка — это процесс, который в основном используется для резки материалов, в частности, для создания прямых или сложных разрезов. С другой стороны, LBM (лазерная микрообработка) охватывает более широкий спектр применений, включая сверление, гравировку и микрообработку, что зачастую требует более сложной и детализированной работы.

Взаимодействие с материалами: Оба эти процесса взаимодействуют с материалами на микроскопическом уровне. Лазерная резка обычно применяется для сквозных разрезов материала, в то время как LBM часто используется для модификации поверхности или создания мельчайших деталей.

Уровни точности: Хотя оба процесса обеспечивают высокую точность, LBM обычно достигает более высоких уровней, что делает его идеальным для применения, требующего предельной точности, например, в производстве электроники или медицинского оборудования.

Интенсивность и контроль лазерного луча: Интенсивность и точность лазерного луча могут варьироваться в зависимости от конкретной задачи. Например, в лазерной резке часто используются более мощные лазеры для быстрого и глубокого проникновения в материал. В то же время LBM может работать с более низкими настройками мощности, что позволяет более аккуратно и точно удалять материал.

Где купить лазерный станок?

Viroplazma — это ведущий производитель лазерных станков, которые пользуются заслуженной популярностью среди ведущих производителей во многих отраслях. Наша продукция соответствует мировым стандартам качества, и, будучи известным брендом, мы всегда готовы предложить вам запасные части и техническую поддержку, если они вам понадобятся.

Если вы хотите приобрести лазерный станок, но не знаете, какой выбрать, мы рекомендуем обратить внимание на следующие факторы:

1. Лазерные технологии: Различные типы лазеров дают уникальные результаты. Большинство профессионалов предпочитают волоконные лазеры, поскольку они сочетают в себе качество, стоимость и скорость.

2. Бюджет: Цены на лазерные станки варьируются в широком диапазоне. Определите свой бюджет, прежде чем делать выбор.

3. Качество: Станки хорошего качества отличаются надежной конструкцией. Рекомендуем выбрать наш бренд Viroplazma а не китайского производителя.

Размер станины:

Размер станины определяет максимальную площадь обрабатываемой детали, которую вы можете разместить на станке. Выбирайте подходящий размер в зависимости от того, для каких целей вам нужен станок.

Площадь помещения:

Убедитесь, что приобретаемый вами станок без труда поместится в вашей мастерской. Это позволит избежать неудобств и обеспечит комфортную работу.

Каковы альтернативы технологии лазерной резки?

Вот некоторые из альтернативных методов резки, которые используются в промышленности, и их эффективность по сравнению с лазерными резаками:

Гидроабразивная резка

Гидроабразивная резка выгодно отличается от лазерных резаков. Преимущество гидроабразивной резки заключается в отсутствии расплавленного материала, поскольку это процесс холодной резки. Лазер, однако, обладает такими преимуществами, как более качественная обработка кромки и более высокая точность. Отсутствие потребности в воде является еще одним преимуществом лазерных резаков.

Плазменная резка

Плазменная резка также осуществляется путем расплавления материала в области разреза. Однако плазменная резка подходит только для электропроводящих материалов, таких как металлы и сплавы. Это является огромным недостатком процесса. Лазерные резаки могут работать с любым материалом. Они также обеспечивают гравировальные свойства.

Электроэрозионная резка

Электроэрозионная резка удаляет материал с помощью электрических разрядов. Как и плазменная резка, электроэрозионная обработка также применима только к токопроводящим металлам. Однако лазер работает со всеми материалами и обеспечивает лучшие результаты. Лазер также способен выполнять гравировку, а электроэрозионная обработка — нет.

Обработка с ЧПУ

Для обработки с ЧПУ, такой как фрезерование и токарная обработка, используются физические режущие инструменты. Эти инструменты быстро изнашиваются из-за трения о материал. Однако лазер не требует использования физических инструментов. Кроме того, лазерные фрезы обеспечивают более высокую точность, чем станки с ЧПУ.

Перфорация

При штамповке вырезы образуются за счет физического усилия штампа. Штамповка может быть дешевым процессом металлообработки. Однако качество и точность штамповки довольно низкие. Лазерные фрезы обеспечивают гораздо лучшие результаты.

3D-печать

3D-печать используется для аддитивного производства пластмассовых материалов. Они не могут повторить результаты работы лазерных станков. Изделия, напечатанные на 3D-принтере, имеют значительные дефекты, которые часто видны. Результаты работы 3D-принтеров значительно уступают лазерным станкам. Кроме того, ассортимент материалов для 3D-принтеров ограничен.

В конце статьи вы найдёте примечания

Лазерная. резка является универсальным методом для любого применения, требующего точности и качества надрезов. Процессы лазерной маркировки еще больше расширяют возможности технологии.

Лазеры позволяют резать самые твердые материалы и легко гравировать детали, не разрезая их полностью. Если вы ищете промышленное режущее оборудование для своей мастерской, лазерные фрезы могут стать идеальным выбором.

Свяжитесь с компанией Viroplazma, чтобы узнать, какой лазерный станок подойдет именно вам.