Принцип лазерной резки: технологии и используемое оборудование
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 Голоса(ов))

Принцип лазерной резки

Принцип лазерной резки

Вопросы, рассмотренные в материале:

  • Каковы принципы лазерной резки
  • Какие лазеры работают по принципу лазерной резки
  • На что обратить внимание при выборе оборудования для лазерной резки

Основное назначение лазерной резки – раскрой листовых материалов, преимущественно металлов. Ее главное достоинство заключается в возможности изготовления деталей, имеющих сложные контуры. В этой статье мы расскажем о том, каков основной принцип лазерной резки.

 

Основной принцип лазерной резки

Лазерный луч (так называемый лазер) – это когерентное монохроматическое вынужденное излучение узкой направленности, инициатором которого в активной среде выступает внешний энергетический фактор (электрический, оптический, химический и т. д.). В основе этого физического явления лежит способность веществ излучать волны определенной длины.

Фотонное излучение происходит в момент столкновения атома с другим когерентным (идентичным) фотоном, который не поглощается в процессе. Фотоны, которые при этом становятся «лишними», и образуют лазерный луч.

Основной принцип лазерной резки

Принцип лазерной резки заключается в том, что излучение оказывает тепловое воздействие на обрабатываемые материалы. В процессе обработки происходит нагревание металла до температуры плавления, а затем до температуры кипения, достигнув которой материал начинает испаряться. В связи с высокой энергозатратностью, такая обработка подходит для металлов небольшой толщины.

Работа с относительно толстыми листами выполняется при температуре плавления. Для облегчения процесса применяют подаваемый в зону обработки газ. Чаще всего пользуются азотом, гелием, аргоном, кислородом или воздухом. Задача газа заключается в удалении из области резки расплавленного материала и продуктов сгорания, поддержании горения металла и охлаждении прилегающих зон. Самым эффективным газом, используемым в процессе обработки, является кислород, позволяющий повысить скорость и глубину реза.

Благодаря высокой концентрации энергии лазерный луч проникает в материал обрабатываемой детали. За счет его воздействия в зоне резки происходит расплавление, испарение, воспламенение или другие процессы, меняющие структуру металла и вызывающие его исчезновение.

Лазерная резка схожа с обычной механической, но вместо режущего инструмента используется луч лазера, а также нет отходов, которые при механической обработке представляют собой металлическую стружку, а при работе с лазером они просто испаряются.

Срез металла при лазерной обработке очень тонкий, к тому же сама область реза очень мала (включая минимальную деформацию и температурную нагрузку на прилегающие зоны). Благодаря этим особенностям резка лазером является наиболее высококачественным способом обработки металлов. К тому же принцип лазерной резки позволяет использовать ее в работе практически с любыми материалами, независимо от конструкционных особенностей, формы и размера (включая бумагу, резину, полиэтилен и др., которые в силу мягкости или малой толщины не могут быть обработаны фрезой).

Прежде чем перейти к описанию принципа лазерной резки, поговорим об установках для работы с лазером, состоящих из трех основных частей:

  • Рабочей (активной) среды, создающей лазерное излучение.
  • Источника энергии (системы накачки), благодаря которому возникает электромагнитное излучение.
  • Оптического резонатора, представляющего собой систему зеркал, которые усиливают излучение.

Возникновение лазерного луча можно описать следующим образом – за счет источника энергии активная среда (к примеру, рубиновый кристалл) из внешней среды получает фотоны, имеющие определенной энергию. Проникая в активную среду, фотоны вырывают из ее атомов аналогичные частицы, однако сами в процессе не поглощаются.

Активная среда дополнительно насыщается за счет действия оптического резонатора (например, двух параллельно расположенных зеркал), благодаря чему имеющие одинаковую энергию фотоны многократно сталкиваются с атомами, тем самым порождая новые фотоны. Одно из зеркал оптического резонатора делают полупрозрачным, позволяющим пропускать фотоны в направлении оптической оси (в виде узконаправленного луча).

Описание принципа лазерной резки

Лазерная резка металлов обладает следующими преимуществами:

  • Поскольку режущий элемент не вступает в механический контакт с разрезаемой поверхностью, возможно обрабатывать легкодеформируемые или хрупкие материалы.
  • Принцип лазерной резки позволяет работать с металлами, имеющими различную толщину. У стальных заготовок она может варьироваться от 0,2 до 30 мм, у алюминиевых сплавов – от 0,2 до 20 мм, у медных и латунных деталей – от 0,2 до 15 мм.
  • Лазерная резка отличается высокой скоростью.
  • Этот способ позволяет работать с заготовками, имеющими любую конфигурацию.
  • Благодаря лазерной резке детали имеют чистые кромки, а отходы практически отсутствуют.
  • Резка отличается высокой точностью – до 0,1 мм.
  • Плотная раскладка заготовок на листе обеспечивает более экономичный расход листового металла.

Этот способ обработки имеет и определенные недостатки, в первую очередь речь идет о высоком потреблении энергии, а также об использовании дорогостоящего оборудования.

Какие лазеры используют для резки

Линейка лазерных установок достаточно велика. В основе классификации обычно лежит вид активной среды (лазеры могут быть твердотельными, газовыми, полупроводниковыми), тип подачи энергии (импульсные установки или имеющие постоянную мощность), размеры оборудования, мощность излучения, назначение и т. п.

Какие лазеры используют для резки

Выбирая подходящий вид лазерной резки следует исходить из типа материала, который необходимо обработать. При помощи углекислотных лазеров можно выполнять многочисленные операции (резку, гравировку, сварку) с различными материалами (металлами, резиной, пластиком, стеклом).

При необходимости раскроя листов латуни, меди, серебра, алюминия лучшим выбором станет твердотельная волоконная установка. С ее помощью обрабатывают только металлы.

В зависимости от типа рабочей среды существует следующая классификация лазеров:

  • Твердотельные.

Основной элемент твердотельных лазерных установок – осветительная камера, в которой расположены источник энергии и твердое рабочее тело. В качестве источника энергии выступает мощная газоразрядная лампа-вспышка. Рабочее тело представляет собой стержень, выполненный из неодимового стекла, рубина или алюмоиттриевого граната, легированный неодимом или иттербием.

С обоих торцов стержня размещены зеркала, одно из которых является отражающим, второе – полупрозрачным. Рабочее тело создает лазерный луч, который, многократно отражаясь и при этом усиливаясь, проходит сквозь полупрозрачное зеркало.

Волоконные установки также входят в число твердотельных. В качестве источника энергии в таком оборудовании выступает полупроводник, а для усиления излучения используется стекловолокно.

Чтобы понять принцип лазерной резки и работы установки в целом, обратимся к оборудованию, в котором рабочая среда представлена гранатовым стержнем, в качестве легирующего материала выступает неодим. Ионы неодима играют роль активных центров. За счет поглощения излучения газоразрядной лампы они возбуждаются, то есть получают излишнюю энергию.

При возвращении ионов в первоначальное состояние происходит отдача ими фотонной энергии, т. е. электромагнитного излучения (света). За счет фотонов в обычное состояние переходят и другие возбужденные ионы. Этот процесс носит лавинообразный характер. Благодаря зеркалам лазерный луч движется в заданном направлении. Отражаясь, фотоны много раз возвращаются в рабочее тело и вызывают образование новых фотонов, усиливая тем самым излучение. Отличительными чертами луча являются его узкая направленность и значительная концентрация энергии.

  • Газовые.

В качестве рабочего тела таких установок выступает углекислый газ в чистом виде либо в смеси с азотом и гелием. Посредством насоса газ поступает в газоразрядную трубку. Для возбуждения используются электрические разряды. Усилению отражения также способствуют зеркала – отражающее и полупрозрачное. В соответствии с конструктивными особенностями установки могут иметь продольную и поперечную прокачку или быть щелевыми.

  • Газодинамические.

Газодинамические лазеры относятся к самым мощным установкам. В качестве активной среды в них выступает углекислый газ, температура которого варьируется от 1 000 до 3 000 К (+726…+2726 °С). Для возбуждения используют вспомогательный маломощный лазер. Проходя со сверхзвуковой скоростью сквозь сопло Лаваля (канал с сильным сужением посередине), газ подвергается резкому расширению и охлаждению. Атомы газа, возвращаясь в первоначальное состояние, активируют излучение.

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.

Какие параметры нужно учитывать при лазерной резке металлов

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.

Преимущества и недостатки лазерной резки

Преимущества и недостатки лазерной резки

Лазерная резка обладает неоспоримыми преимуществами.

Лазер позволяет работать с металлами различной толщины (медными – толщиной от 0,2 до 15 мм, алюминиевыми – от 0,2 до 20 мм, стальными – от 0,2 до 20 мм, из нержавейки – до 50 мм).

Поскольку режущий инструмент не контактирует с заготовкой, то можно обрабатывать хрупкие и легко деформирующиеся детали.

Принцип лазерной резки позволяет создавать детали различной конфигурации (особенно при использовании установок с компьютерным обеспечением). Достаточно загрузить в программу чертеж детали, и оборудование выполнит резку самостоятельно, при этом точность будет весьма высокой.

Лазерная резка позволяет работать с высокой скоростью. При необходимости изготовления малой партии деталей она позволит обойтись без таких процессов, как штамповка и литье.

Благодаря лазерной резке снижается себестоимость готовых деталей, а значит, и их конечная цена. Это обусловлено минимумом отходов и чистотой среза.

Процесс резки лазером является наиболее универсальным, позволяющим справляться со сложными задачами.

Процесс резки лазером

При этом лазерная резка обладает малым количеством недостатков, среди которых высокое потребление энергии. Именно поэтому такой способ обработки является самым дорогим. Впрочем, если сравнить обработку лазером со штамповкой, для которой требуется дополнительно изготовить оснастку, то использование первого будет более экономичным. Еще одним минусом является небольшая толщина разрезаемых деталей (максимум 20 мм).

Почему следует обращаться именно к нам

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

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

  • цветные металлы;
  • чугун;
  • нержавеющую сталь.

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

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

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

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

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

  • Производство сварных решеток: особенности их выбора и монтажа

    Производство сварных решеток: особенности их выбора и монтажа

    Жильцам первых этажей часто приходится задумываться о том, как обезопасить свой дом от проникновения извне. Наличие же высоких деревьев рядом с домом требует того же от владельцев квартир на втором, а иногда и на третьем этажах. Решением проблемы становится установка решеток на окнах. Производство сварных решеток и особенности их выбора – основная тема нашей статьи.
  • Полуавтоматическая сварка трубы: преимущества и основные нюансы технологии

    Полуавтоматическая сварка трубы: преимущества и основные нюансы технологии

    Современные сварочные технологии предполагают широкое использование полуавтоматических аппаратов. Устройства такого типа применяются как в гаражных мастерских, так и на промышленных производствах. Одним из преимуществ такой техники является упрощение работы мастера на дуговых поверхностях, включая трубопроводы. Из этой статьи вы узнаете о том, как производится полуавтоматическая сварка трубы, и поймете все особенности данного процесса.
  • Плюсы и минусы газовой сварки: особенности технологии

    Плюсы и минусы газовой сварки: особенности технологии

    С развитием техники увеличилось и количество видов сварки, вплоть до лазерной. Однако для мелкого ремонта и в бытовых целях чаще всего по-прежнему используется газовая. В нашей статье рассмотрим плюсы и минусы газовой сварки.
  • Ограждения из сварной сетки: виды и варианты применения

    Ограждения из сварной сетки: виды и варианты применения

    Выбор правильного ограждения – непростая задача, ведь от качества, прочности и красоты конструкции будет зависеть сохранность имущества, безопасность находящихся в здании людей, а также внешний вид строительного объекта и прилегающей к нему территории. Сегодня в статье поговорим о том, что собой представляют ограждения из сварной сетки и на что следует обращать внимание при покупке подобных конструкций.
  • Забор из сварных секций – надежная защита вашего участка

    Забор из сварных секций – надежная защита вашего участка

    Забор из сварных секций – это надежная защита вашего участка. Сегодня на рынке представлено множество материалов и конструкций для будущей ограды. Каждая из них имеет свои преимущества и недостатки при установке в тех или иных условиях. Из этой статьи вы узнаете, какие существуют виды заборов и поймете, что подойдет именно вам.
  • Достоинства полуавтоматической сварки: основные плюсы и тонкости применения технологии

    Достоинства полуавтоматической сварки: основные плюсы и тонкости применения технологии

    Полуавтоматическая дуговая сварка является, пожалуй, самым удобным видом соединения, особенно для новичков. Происходит она за счет плавления электрода, перемещаемого автоматически. Давайте рассмотрим достоинства полуавтоматической сварки для специалистов с опытом работы и только пришедших в профессию.
  • Ворота сварные: нюансы конструкции и монтажа

    Ворота сварные: нюансы конструкции и монтажа

    Ворота – это первое, что видит человек, подходя к дому. Иными словами, это, своего рода, визитная карточка хозяев, которая должна выглядеть соответствующим образом. Однако при этом ворота не могут утратить своего главного назначения – обеспечивать безопасность частных домов и дач. Далее вы узнаете про ворота сварные, их виды и особенности.
  • Типы сварки труб: разбираемся в технологии и нормативах

    Типы сварки труб: разбираемся в технологии и нормативах

    Для соединения частей трубопроводов используют разные способы, но самым распространенным из них остается сварка. Такой вариант используется как в бытовых условиях, так и в промышленном производстве, позволяя стыковать между собой элементы труб, изготовленные из различных материалов. Благодаря используемым технологиям соединять части трубопроводов можно в любых положениях, что существенно упрощает работу. Среди достоинств такой обработки можно отметить прочность и герметичность полученных соединений. В нашей статье поговорим про различные типы сварки труб.
  • Технология газовой сварки: в чем ее суть и преимущества

    Технология газовой сварки: в чем ее суть и преимущества

    Сварка является надежным способом соединения элементов металлических конструкций. На данный момент используются разные типы такой обработки, в том числе и позволяющие работать с разными видами металла, однако технология газовой сварки относится к наиболее популярным из них.

Экспресс расчет
стоимости заказа

Узнайте предварительную стоимость заказа,
отправив нам необходимую информацию:

Добавить файл
Акция