Особенности технологии лазерной резки металла

Немного физики

Сфокусированный свет оказывает мощное тепловое воздействие, именно на этом простом физическом законе основана работа лазерных устройств. Принцип действия таков: поток с помощью призм и зеркал собирается в концентрированный луч. Сила и интенсивность воздействия напрямую связана с особенностями резонирующих систем и активного вещества, которое может находиться в любом агрегатном состоянии. Активатор должен иметь способность отдавать свободные фотоны, которые атакуют рабочую среду, в результате чего излучение получает ответную реакцию и усиливается.

Для накачки атомов света используется не только сфокусированное излучение, но также электричество, воздействие химических реакций, лампы. В качестве резонаторов выступают зеркала. Хорошее устройство имеет следующие признаки: точность фокусировки и стабильное сохранение луча.

История развития лазерной резки

Первый лазер появился в начале 60-х годов прошлого века, устройство было создано на основе рубина и работало в инфракрасном диапазоне. Со временем агрегаты становились все более мощными: совершенствовалась система накачки, оптимизировались оптические резонаторы. Ученые создавали новые рабочие среды, улучшалась управляемость светового потока. Появились установки, которые работали на свободных электронах и специальных красителях, а также химические и полупроводниковые устройства.

Лазер по праву считают одним из наиболее существенных изобретений прошлого века, однако долгое время для аппаратов не находилось подходящее их масштабу применение. На данный момент устройства широко используются в медицине, астрономии, промышленности, сфере развлечений.

Применение лазера в производстве

Резка металла лазером давно и успешно применяется в машиностроительном производстве. Впервые использовать инновационный метод начали на авиационных заводах, судостроительных верфях и крупных автомобильных концернах. Применение лазеров позволило увеличить производительность труда и оптимизировать рабочий процесс. Современные промышленные предприятия используют следующие типы лазерных установок:

Твердотельные. Они создаются на основе драгоценных камней, а также монокристаллических соединений редкоземельных элементов. Устройство снабжается специальными лампами или диодами.
Газовые. В основе работы таких лазеров - взаимодействие инертных газов с электрическими разрядами или химической реакцией.
Волоконные. В данных устройствах все значимые элементы созданы из современного оптического волокна.
Оптико-волоконные. Такие модели специально разрабатывались в исследовательских учреждениях с целью создания устройств с более фокусированным световым потоком. Лазеры используются для работы с цветными металлов и сталью с повышенными отражающими свойствами. Излучение в моделях не рассеивается об обрабатываемую поверхность титана, нержавеющей стали или алюминия, что стало возможным благодаря применению резонатора из оптико-волоконной трубы.
Газовые СО₂-модели. Приборы функционируют на смеси углекислого газа, гелия и азота. Отражающая способность значительно увеличивается благодаря применению специального напыления с добавлением золота или серебра, которое наносится на зеркала резонатора.

Технология резки металла

Воздействие светового потока на материал вызывает следующие изменения заготовки:

Нагревание материала до температуры плавления в точке воздействия.
Испарение металла, если дело касается тонких элементов. Если изделие имеет большую толщину, используется струя азота, кислорода или инертного газа. Активный кислород помогает поддерживать оптимальную температуру процесса и ускорить процедуру порезки.
Плавление приводит к движению рабочего инструмента согласно заранее обозначенной конфигурации. Данный способ обработки позволяет быстро создавать фигуры любой сложности и геометрической формы.

Инновационный метод лазерной обработки металла позволяет точно сохранить форму заготовки, что снимает необходимость в проведении дополнительной обработки. Кроме того, из-за минимального припуска происходит существенная экономия материала.

Преимущества и недостатки метода

Передовая технология лазерной обработки позволяет получить точные детали с идеальным показателем шероховатости поверхности. Этим объясняется востребованность метода в машиностроительной и других производственных областях. Сфера применения технологии довольно широка: начиная с раскроя металлических листов, заканчивая созданием сложных деталей авто. Также резка цветных металлов лазером используется для создания:

рекламной продукции: табличек и объемных букв;
торгового оборудования;
уникальных украшений;
деталей для лифтов;
вендингового оборудования;
банкоматов.

Технология лазерной резки обладает многочисленными достоинствами:

ровная поверхность заготовки;
снижение процента отхода материала;
отсутствие деформации поверхности;
широкие возможности применения;
оперативность работы;
точное соблюдение заданных параметров;
создание деталей любой геометрической формы;
способность обработки тонких и хрупких заготовок;
высокое качество результата;
получение как простых, так и сложных деталей.

Самым главным минусом технологии является довольно высокая цена на установки и материалы. Лазеры используются преимущественно на крупных предприятиях промышленной или строительной сферы. При этом и небольшие организации могут задуматься о приобретении оборудования, важно правильно рассчитать окупаемость и эксплуатационные расходы. Использование технологии актуально при производстве сложных штучных элементов, особенно при условии большого заказа, ведь количество экземпляров практически не влияет на стоимость процедуры.

Считается, что со временем технология будет становиться более доступной благодаря снижению стоимости станков и количества необходимой для резки металла энергии. Лазерная обработка позволяет выполнять самые срочные заказы в короткие сроки. Технология предназначена для создания как серийных деталей, так и эксклюзивных штучных изделий. Отсутствие механического воздействия позволяет получить гладкий срез, при этом резка возможна по металлу различной степени жесткости. Метод не требует длительной настройки оборудования, а также тщательной подготовки деталей. Все эти преимущества выводят метод лазерной резки на лидирующие позиции в ряде промышленных отраслей.