Свяжитесь с нами:
+7 (960) 511-22-55
Работаем: пн-пт с 9:00 до 18:00

Особенности лазерных резаков и принципы их действия

Технология лазерной резки, которая в мировой практике именуется LBC (Laser Beam Cutting), обеспечивает интенсивный процесс расщепления связей между молекулами металла в месте воздействия на них специального луча лазера. Получается такой луч при помощи специализированного оборудования, которое внешне напоминает станки для традиционной резки, с тем лишь отличием, что процесс разрезания выполняется настроенным лазером.

За счет правильной фокусировки на максимально малую площадь металла генерируется огромное количество энергии, которая и приводит к тому, что этот участок начинает разрушаться в несколькими способами — оплавление, горение или испарение. Более конкретные цифры демонстрируют, что станок для лазерной резки производит до 108Ватт энергии на площадь в 1 квадратный сантиметр. Достигается такой результат за счет особых свойств непосредственно самого лазерного луча:

Концентрация
Поскольку лазерному лучу свойственна неизменность длины волны, его легко сфокусировать на любом объекте благодаря традиционным линзам оптического типа. Стабильность длины называется монохроматичностью и именно этот параметр отличает лазерный луч от большинства других типов световых волн.
Направленность
Лазерный резак настраивается таким образом, чтобы созданный луч обладал минимальными отклонениями от заданного направления. При этом его концентрация в заданном месте находится на максимально высоком уровне.
Когерентность
Данное физическое явление представляет собой абсолютную синхронизацию и слаженность всех волновых процессов внутри луча. За счет этого общее количество вырабатываемой энергии многократно возрастает.

Что касается непосредственно воздействия луча на режущийся металл, то все предельно просто — поверхность очень быстро нагревается, что приводит к ее плавлению и быстрому разрушению. При этом следует понимать, что верхний слой под таким воздействием разрушается максимально быстро. Что касается внутренних слоев, то здесь преимущества использования лазера проявляются ещё ярче. Во многом этому способствует уровень теплопроводности самого разрезаемого материала. Под воздействием луча лазера происходит практически моментальный нагрев на всю толщину и последующее кипение — из-за этого металл под воздействием лазера попросту испаряется.

Основные методы резки с использованием лазера

Несмотря на то, что принцип, по которому волна такого типа воздействует на металл, везде одинаков, существует сразу два способа его резки:

  1. процесс плавления металла;
  2. полное испарение закипевшего материала.

В первом случае удается существенно снизить энергозатраты и при этом эффективно резать сталь и прочие виды металлов с внушительной толщиной. Еще одно несомненное преимущество — возможность использования достаточно слабо производительного оборудования, что повышает экономическую целесообразность выполнения данного процесса.

Второй вариант требует мощного производственного оборудования и обладает некоторыми ограничениями. Именно поэтому технологию испарения применяют исключительно в случае изготовления тонкостенных конструктивных элементов с максимальным уровнем точности сохранения геометрических параметров.

Также стоит отметить, что часто в большинстве установок современного типа применяют кислород. Этот газ позволяет решить сразу несколько технических проблем:

  • усиление процесса воспламенения металла, что позволяет ощутимо снизить его сопротивляемость воздействию монохроматичного луча;
  • существенное увеличение температуры плавления за счет активного сгорания металла под воздействием кислорода;
  • устранение флюсов и прочих мелких частиц из места резки благодаря интенсивной подаче кислорода, который их просто сдувает.

В целом такая газолазерная технология выглядит очень сбалансированно и эффективно, при этом обладая высокой экономической эффективностью и точностью выполнения работ повышенной сложности.

Основные преимущества использования лазера

По сравнению с традиционными методами резки, использование лазера обладает рядом несомненных достоинств, которые делают его использование куда более целесообразным и эффективным:

  1. Толщина обрабатываемого металла. Помимо того, что лазером можно разрезать не только сталь, но и другие виды металлов, их толщина также может существенно варьироваться. Для традиционной стали этот показатель составляет от 0,2 до 20 мм. Мягкие металлы вроде меди и латуни — от 0,2 до 15 мм. Различные сплавы на основе алюминия — в диапазоне 0,2-20 мм. Абсолютным рекордсменом становится нержавеющая сталь, поскольку лазером можно разрезать листы этого материала толщиной вплоть до 50 мм.
  2. Удобство эксплуатации. Поскольку в процессе резки световым лучом нет необходимости механического взаимодействия с материалом, поддающимся обработке, это позволяет применять данную технологию для обработки хрупких металлов или деталей, которые могут легко поддаваться деформации. Для тонкой работы по изготовлению специфических деталей такой метод резки становится настоящей находкой.
  3. Автоматизация. Современные лазерные резаки позволяют предварительно загрузить в них схему заданной детали со всеми необходимыми элементами и уточнениями. После этого лазер приступает к работе в автоматическом режиме, что не требует присутствия на рабочем месте человека. При этом уровень точности изготовления превосходит всякие ожидания — максимально допустимый уровень отклонения фактического размера от проектного не превышает 0,1 мм. Соблюдать такую точность удается за счет специально настроенной системы компьютерного управления оборудованием, которая работает безошибочно даже с самыми сложными конфигурациями изделий.
  4. Скорость. Тонкая сталь или твердые сплавы оборудованием такого типа обрабатываются максимально быстро, что позволяет использовать лазерный резак в качестве своеобразного конвейерного оборудования с высоким уровнем производительности.
  5. Экономическая эффективность. При помощи лазерного оборудования можно полностью отказаться от установки дорогостоящего оборудования для штамповки и литья металлических изделий. Особо актуально это для тех случаев, когда предприятие занимается изготовлением малых партий различных конфигураций деталей. При этом себестоимость готовой продукции также существенно снижается за счет оперативности выполнения работ, снижения количества отходов и отсутствия необходимости дополнительной механической обработки изготовленных деталей.

Даже этого небольшого перечня достаточно для того, чтобы оценить перспективы развития оборудования для лазерной резки в современных отраслях промышленности. Стоит также отметить, что оборудование бывает различных типов, ориентированных под решение конкретных производственных задач.

Газовые установки для лазерной резки

Подобные установки характеризуются тем, что рабочее тело газа в них может прокачиваться сразу по двум стандартным схемам — продольной и поперечной. Атомы газа в оборудовании возбуждаются за счет электрического воздействия. За счет этого комплексные частицы начинают излучать монохроматический свет, которым лазерный луч и отличается от других типов световых волн. Среди наиболее распространенных промышленных вариантов такого оборудования чаще всего встречаются установки щелевидного типа, которые в качестве рабочего тела используют углекислый газ.

В число достоинств подобного технического решения следует отнести:

  • небольшие габариты;
  • высокий уровень мощности;
  • простая и удобная схема эксплуатации.

Именно такая неприхотливость и сделала их столь актуальными и востребованными на рынке.

Твердотельные установки

Конструкция их существенно отличается от предыдущего варианта лазерного оборудования. Состоит она из двух основных элементов — лампы накачки и рабочего тела. В качестве последнего в большинстве случаев используется искусственный рубин стержневидной формы с некоторыми модификациями. Данный материал дополняется неодимом иттриевого граната.

При этом лампа накачки выполняет достаточно простую функцию — передает на стержень излучение необходимого типа. При этом установка работает в импульсном режиме, хотя на рынке уже представлены модели, способные функционировать непрерывно.

Газодинамическое оборудование

Установки такого типа отличаются от обычных газовых тем, что рабочее тело в форме газа в них предварительно нагревается до температуры в несколько тысяч градусов, затем на высокой скорости прогоняется через специальное сопло и потом охлаждается. Конструкция таких резаков выглядит следующим образом:

  • Система, отвечающая за формирование газа и излучения. Она состоит из множества компонентов, включая специальное сопло, механизм подачи газа, лазер для юстировки, многочисленные оптические элементы и пр.
  • Излучатель. Он содержит в себе активную среду и оборудован устройством для накачки. В случае необходимости он дополняется регулятором модуляции.
  • Автоматизированная система контроля, которая следит за всеми параметрами, показателями и прочими данными устройства.
  • Механический узел, отвечающий за физическое перемещение лазера и обрабатываемого листа металла.

Такой тип оборудования относится к категории дорогостоящих, поэтому применяется исключительно в случае особой необходимости для выполнения специфических задач.

Высокомощные лазеры непрерывного типа

Производимые компанией IPG лазеры волоконного типа отличаются очень высокой мощностью излучения, вплоть до 100 кВт и даже больше. При этом минимальный порог составляет всего 1 кВт, который дополняется возможностью выбора необходимой длины волны. При этом диоды накачки отличаются впечатляющим ресурсом работы, а в качестве защитной конструкции используются жидкостные системы охлаждения.

Подобное оборудование особенно актуально в крупной промышленности, поскольку сочетает в себе самые передовые инновационные разработки в сфере лазерной резки металлов. КПД устройства достигает высочайшего уровня по сравнению с другими технологиями, что обеспечивает экономическую целесообразность подобных систем. Волоконная структура обеспечивает отличную передачу оптического сигнала, что позволяет оптимизировать оборудование под решение конкретных задач.

При этом конструкция прибора разработана таким образом, что позволяет гибко настраивать его под промышленные нужды и синхронизировать с различными системами контроля и прочим дополнительным оборудованием.