Лазерная резка металла: технология, виды, оборудование, примеры использования

Лазерная резка, или LBC (Laser Beam Cutting), как она обозначается во всем мире, – это процесс, при котором материал в зоне реза нагревается, а затем

6 видов материалов, которые можно резать лазером

Лазерной резке поддаются:

  • Металлы — черная сталь, легированные сплавы и цветные металлы вроде алюминия и меди.
  • Пластик.
  • Стекло.
  • Оргстекло.
  • Сухое дерево и его производные — фанера, ДСП и ДВП.
  • Бумага и картон.

Как видите, ограничений нет — разве что нельзя резать лазером зеркальные материалы. Откуда такая свобода?

При лазерной резке нет механического воздействия

А это значит, что лазером можно спокойно резать хрупкие или мягкие материалы, не боясь их разбить или смять, испортив линию реза. Лазерный луч не может быть «недостаточно остро наточенным», чтобы разрезать их ровно.

Лазерный луч не может повести из‑за перепадов фактуры материала

На небольшом расстоянии, используемом при резке, луч остается идеально прямым. Вне зависимости от того, скрыты ли в материале изъяны, которые могли бы сбить с курса жесткий резец. Те же сучки в древесине, например.

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.

https://youtu.be/U0U9EOegTfg

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.

Процесс [ править | править код ]

Для лазерной резки металлов применяют технологические установки на основе твердотельных, волоконных лазеров и газовых CO2-лазеров, работающих как в непрерывном, так и в импульсно-периодическом режимах излучения. Промышленное применение газо-лазерной резки с каждым годом увеличивается, но этот процесс не может полностью заменить традиционные способы разделения металлов. В сопоставлении со многими из применяемых на производстве установок стоимость лазерного оборудования для резки ещё достаточно высока, хотя в последнее время наметилась тенденция к её снижению. В связи с этим процесс лазерной резки становится эффективным только при условии обоснованного и разумного выбора области применения, когда использование традиционных способов трудоемко или вообще невозможно.

Читайте также  Наталья Водянова опубликовала фото в трусах

Где используются лазерные резаки?

Лазерные резаки используют тонкий сфокусированный луч лазера для прорезания и прокалывания материалов, чтобы вырезать узоры и геометрические фигуры, заданные дизайнерами.

Кроме резки, лазерные резаки могут растрировать или гравировать рисунки на заготовках материала. Они нагревают поверхность заготовки, тем самым выжигая верхний слой материала, чтобы изменить его внешний вид в месте выполнения растровой операции.

Станки лазерной резки с ЧПУ — очень удобный инструмент, когда дело доходит до прототипирования и производства. Часто они используются в механических цехах в промышленных масштабах для резки больших кусков материала и для лазерной резки деталей.

Также они используются производителями оборудования для быстрого создания дешевых прототипов. И являются инструментами, которые используют производители и художники для воплощения своих цифровых дизайнов в физический мир.

Толщина: раскрой лазером тонкого и прочего видов металла

Лазерная резка тонколистового металла.

Толщина заготовки, помимо физико-химических свойств материала, один из основных параметров при выборе мощности лазерной установки. Преимущества раскроя металла с помощью лазерной технологии заключаются в получении размеров заготовок,  уменьшающих трудоемкость их дальнейшей технологической обработки. Однако качество обработки снижается с увеличением толщины и достигает предела, дальше которого мощность лазерной установки не обеспечивает нормально процесс расплавления металла поверхности реза.

На практике для раскроя заготовок толщиной до 6 мм. эффективность использования лазерной технологии оправдывает применение. Для более толстых заготовок она используется значительно реже. Здесь более целесообразно применение других способов раскроя: плазменной, кислородной, гидроабразивной резки.

Преимущества и недостатки лазерной резки

Лазерная резка металлических изделий имеет целый ряд весомых преимуществ по сравнению с другими способами резки. Из многочисленных достоинств данной технологии стоит обязательно отметить следующие.

  • Диапазон толщины изделий, которые можно успешно подвергать резке, достаточно широк: сталь – от 0,2 до 20 мм, медь и латунь – от 0,2 до 15 мм, сплавы на основе алюминия – от 0,2 до 20 мм, нержавеющая сталь – до 50 мм.
  • При использовании лазерных аппаратов исключается необходимость механического контакта с обрабатываемой деталью. Это позволяет обрабатывать таким методом резки легко деформирующиеся и хрупкие детали, не переживая за то, что они будут повреждены.
  • Получить при помощи лазерной резки изделие требуемой конфигурации просто, для этого достаточно загрузить в блок управления лазерного аппарата чертеж, выполненный в специальной программе. Все остальное с минимальной степенью погрешности (точность до 0,1 мм) выполнит оборудование, оснащенное компьютерной системой управления.
  • Аппараты для выполнения лазерной резки способны с большой скоростью обрабатывать тонкие листы из стали, а также изделия из твердых сплавов.
  • Лазерная резка металла способна полностью заменить дорогостоящие технологические операции литья и штамповки, что целесообразно в тех случаях, когда необходимо изготовить небольшие партии продукции.
  • Можно значительно снизить себестоимость продукции, что обеспечивается за счет более высокой скорости и производительности процесса резки, снижения объема отходов, отсутствия необходимости в дальнейшей механической обработке.

Резка фанеры лазером

Наряду с высокой мощностью устройства для лазерной резки обладают исключительной универсальностью, что дает возможность решать с их помощью задачи любой степени сложности. В то же время для лазерной резки металла характерны и некоторые недостатки.

  • Из-за высокой мощности и значительного энергопотребления оборудования для лазерной резки себестоимость изделий, изготовленных с его применением, выше, чем при их производстве методом штамповки. Однако это можно отнести лишь к тем ситуациям, когда в себестоимость штампованной детали не включена стоимость изготовления технологической оснастки.
  • Существуют определенные ограничения по толщине детали, подвергаемой резке.

Какие параметры нужно учитывать при лазерной резке металлов

Лазерная резка подходит для работы не только с металлами, но и с резиной, линолеумом, фанерой, полипропиленом, искусственным камнем и стеклом. Обработка лазером применяется в приборо-, судо- и автомобилестроении, для создания элементов электротехнических устройств, сельскохозяйственных машин. Используя принцип лазерного раскроя, изготавливают жетоны, трафареты, указатели, декоративные элементы интерьера и пр.

Читайте также  Зеркальные потолки

Принцип лазерной резки зависит от многих параметров. Необходимо учитывать, с какой скоростью выполняется обработка, лазер какой мощности при этом используется, какова его плотность, фокусное расстояние, также учету подлежат диаметр луча и состав излучения, а также марка и вид обрабатываемого материала. Например, скорость резки низкоуглеродистых сталей примерно на 30 % выше, чем при работе с нержавейкой. Снижению скорости практически в два раза способствует замена кислорода обычным воздухом. Лазер мощностью 1 кВт разрезает алюминий со скоростью примерно 12 м/с, титан – 9 м/с (при использовании кислорода в качестве активной среды).

Разберем принцип лазерной резки на следующем примере. За основу берем мощность лазера 1 кВт, в качестве активной среды выступает кислород, подаваемый в рабочую область под давлением 0,5 МПа, диаметр луча равен 0,2 мм.

Толщина заготовки, мм

Оптимальная скорость резки, м/с

Ширина реза, мм

Шероховатость кромок, мкм

Неперпендикулярность, мм

1

10-11

0,1–0,15

10–15

0,04–0,06

3

6-7

0,3–0,35

30–35

0,08–0,12

5

3-4

0,4–0,45

40–50

0,1–0,15

10

0,8–1,15

0,6–0,65

70–80

 

Еще одним преимуществом лазерной резки является ее точность, измеряемая в процентном отношении. В основе требований к названному параметру лежит толщина обрабатываемой заготовки, а также цели ее дальнейшего использования. При работе с металлическим профилем, толщина которого достигает 10 мм, погрешность варьируется от 0,1 до 0,5 мм.

На скорость резки влияет также теплопроводность обрабатываемого металла. Чем более высоким будет этот показатель, тем больше энергии необходимо для обработки, поскольку тепло из рабочей зоны будет отводиться более интенсивно. К примеру, лазер, мощность которого составляет 600 Вт, без труда справится с черными металлами или титаном. В то же время работа с медью и алюминием, отличающимися повышенной теплопроводностью, будет намного сложнее. Что касается усредненных показателей, разработанных для разных металлов, они являются следующими:

 

Малоуглеродистая сталь

Инструментальная сталь

Нержавеющая

сталь

Титан

Толщина, мм

1,0

1,2

2,2

3,0

1,0

1,3

2,5

3,2

0,6

1,0

Мощность лазера, Вт

100

400

850

400

100

400

400

400

250

600

Скорость резания, м/мин

1,6

4,6

1,8

1,7

0,94

4,6

1,27

1,15

0,2

1,5

Качество реза находится в прямой зависимости от принципа лазерной резки и выбранного режима работы. Характеристиками качества являются точность вырезанной заготовки, ширина реза, шероховатость и ровность поверхностей кромок, присутствие на них частиц оплавленного металла (грата), глубина реза. Однако основное значение имеют такие параметры, как скорость резки и толщина детали.

Читайте также: Лазерная резка круглых труб: особенности технологии и ее преимущества

Применение газовых аппаратов для обработки металла лазером

Они подходят для более прочных или толстых заготовок. Поэтому конструктивно они более сложные. Подаваемый инертный газ должен пройти через электрическое поле. Заряжаясь, он становится монохромным потоком света, то есть с постоянной длиной и частотой волны. Поступление газового материала обеспечивается одним из способов:

  • продольно;
  • поперечно;
  • через щель.

Последняя разновидность пользуется популярностью, благодаря наибольшей мощности и компактности установки. Ниже представим подробную схему компонентов конструкции:

!!!

Подача газа может осуществляться одним из видов:

!!!

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.

Читайте также  Любовные разочарования и тяжелые болезни: что погубило Галину Волчек

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.

https://youtu.be/qX6uxZlgFlU

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.

Цена лазерной резки металла

Стоимость лазерной резки рассчитывается в каждом конкретном случает отдельно. На цену влияют: оперативность выполнения работ, сложность реза, объем заказа, вид и толщина обрабатываемого материала, другие параметры. Цена лазерной резки указывается за метр реза.

Раскроить обычную конструкционную сталь всегда дешевле, чем нержавейку. Цена за метр простого лазерного реза у первой начинается от 12 рублей, а нержавеющей стали – от 15 с копейками – данные для толщины листа не более 1 мм. Стоимость раскроя стали 2 см – уже более 230 руб/м.п. по прямой.

Наиболее дорогая в обработке медь, при толщине листа цена 1 метра простого лазерного раскроя начинается от 22 руб. (при больших объемах).

Также везде для расчета итоговой стоимости применяются коэффициенты. Простой рез – 1,0, сложный – 1,2 – 1,3,  раскрой с повышенной сложностью – 1,5 – 1,9.

Назначение и критерии выбора лазерной резки

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

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

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

Лазерная обработка металла в «Профлазермет»

Профессиональные лазерные установки способны выполнять задачи любой сложности, включая художественную резку.

Заказать резку металла по доступным ценам можно обратившись в компанию «Профлазермет». Мы оказываем весь спектр услуг по обработке различных материалов. В своей работе мы используем профессиональное оборудование, многолетний опыт и мастерство лучших специалистов. У нас так же производится гибка металла

Для консультации и заказа лазерной резки металла звоните 7 (495) 928-96-58, 8 (800) 775-32-83.

Как работает оборудование для лазерной резки металла

Процесс не является технологически трудным, потому что все автоматизировано. Оператор только загружает в пульт управления программу и закрепляет заготовку, следит за процедурой. А она может показаться многим завораживающей, посмотрим видео:

Источник: lazernyj-stanok-dlya-rezki-fanery.ru

RD FITNESS