Как работает лазерная резка металла

Чтобы резать металл, не обязательно обладать огромной силой, разбивать или расплавлять лист. Лазерные установки нарежут его по заданным размерам быстро, без больших физических усилий и деформаций. Чтобы с этим справиться нужно знать теорию и изучить процесс во всех нюансах.

Оборудование

Как происходит резка металлических заготовок на лазерных станках, можно понять уже по самому термину. На заданную линию направляется луч, несущий заряд энергии с высокой плотностью частиц. Он расплавляет металл, испаряет, разрушает, оставляя за собой тонкий разрез. Листы разных материалов обрабатывают разными установками, в зависимости от типа луча – углеродными, волоконными или кристаллическими. У каждой есть свои отличия, которые в зависимости от грамотности применения могут выступать как плюсами, так и минусами.

как работает лазерная резка металла

Станки

Установки CO2

Газонаполненная установка относится к числу самый мощных лазеров непрерывного излучения. Процент их КПД доходит до 20. Их активная среда состоит не из одного углерода, также в ней присутствует гелий, азот, иногда ксенон или водород. Длина волны лазера – 10,6 мкм. Металлические листы на таких станках практически не режут, под газонаполненный лазер обычно идут древесина, пластик, картон.

Лазеры оптоволоконного типа

Это полупроводниковые установки, в которых свет фотодиода идёт по протяженному волокну. Лазер, испускаемый ими, тоньше (1,064 мкм) и в сто раз сильнее, чем у углеродных аналогов схожей мощности. В состав волоконных лазеров входят:

  • Группа диодов, широкополосных или лазерных (модуль накачки).
  • Резонатор.
  • Световод, формирующий лазерный луч.

На станках этого типа маркируют металл.

Кристаллические лазеры

Кристаллические модели тоже полупроводниковые. Как и волоконные, они работают на диодах, задачи и длина волны (1,064 мкм) у них тоже схожи, но активной средой выступает алюмоиттриевый гранат с неодимом (Nd:Y3Al5O12 или Nd:YAG). У полученных в этой среде лазеров четырехуровневая энергетическая схема и низкий пороговый импульс. Есть кристаллы Er:YAG с равным числом ионов иттрия и эрбия. Длина волны у них 2,94 мкм. Такие лазеры встречаются в стоматологических, офтальмологических и косметологических клиниках.

Это не единственное отличие. Главное, чем отличаются кристаллические лазеры от волоконных – высокая стоимость диодов и их сравнительно короткий. срок службы (до 15 тысяч рабочих часов). Кристалл также не долговечен. Зато по оптическим, термическим, механическим свойствам кристаллическим лазерам нет равных.

лазерная резка металла

Плюсы волоконных лазеров

Лазерные установки волоконного типа превосходят другие по:

  • Мощности, регулируемой в зависимости от целей производства.
  • Точности луча.
  • Концентрации излучения с минимумом угловых расхождений.
  • Возможностям монтажа. У волоконных лазеров длинный и гибкий кабель, их можно ставить на любое производственное оборудование.
  • КПД. У волоконных он 30%, что в 6 раз превышает газовые.
  • Минимуму производственных отходов.
  • Бесшумности работы.
  • Простоте монтажа и использования. Научиться работе с таким лазером может любой рабочий, допуск к ним не подразумевает специальных квалификационных требований.
  • Концентрированности лазерного потока.
  • Компактности. Волоконные лазерные установки мало весят и не занимают много места, их легко перевозить.
  • Скорости обработки.
  • Запасу ресурса.

Заводы и мастерские давно заказывают в производство твердотельные лазерные станки. Эти модели давно оставили позади газовые, да и затраты на них заметно ниже. Совмещение оптоволоконных лазерных станков с компьютером заметно упрощает производство – здесь фундаментом управляющей программы становится графический эскиз. Широкая модельная линейка позволяет заказать станок по характеристикам для конкретного завода.

Резка каких материалов возможна

Резать таким образом можно:

  • Обычную сталь. При этом максимально допустимая толщина листа максимум 20 см. Если использовать лист толще этого предела – нужен другой способ.
  • Нержавейку. Здесь тоже все упирается в толщину пласта, верхний ее предел 10 мм. При превышении возникает облой, причем направившиеся излишки не всегда удается удалить. Если нужно резать более толстую заготовку, назначают расплавный режим.
  • Алюминиевый сплав. Толщина листа максимум 6 мм. Зона воздействия в этом случае всегда с облоем.
  • Латунь. Режут листы не толще 6 мм из-за высокого сопротивления металла.

На каждый металлический лист нужны определенные настройки лазерного луча.

Этот метод категорически не подходит для особо прочных видов – вольфрамовых, титановых, молибденовых заготовок, листов из оксидированного алюминия. Если пренебречь запретом, станок просто выйдет из строя.

Преимущества и недостатки процесса

Несмотря на все возможности, лазерная обработка металла не универсальна, требует навыков и внимательности. Сложностей, которые ждут мастера, немного, но если о них забыть, они могут свести к нулю всю ранее сделанную работу и даже вывести технику из строя:

  • Перед каждым новым сеансом резки технику перенастраивают.
  • Нельзя резать листы толще 4 см, максимальные габариты их 150х300 см.
  • Нельзя сделать внутреннюю резьбу.

Лазерная резка нержавеющей стали и техника для нее дороги. Мало знать, чем и как выполняют лазерную резку, следует убедиться, что именно этот способ оправдан в конкретной задаче. К нему стоит прибегать в случае, если другие методы не годятся для листа такого типа и размеров. Или не гарантируют такой же результат, как с лазерным резаком.

 И все же преимуществ у лазерного способа больше:

  • Заготовка не раскаляется при работе.
  • Подходит для материалов с разной теплопроводностью. Чем она выше, тем больше отдает тепла зона резки, больше тратится энергии.
  • В большинстве случаев удается избежать появления наплавленных отходов, а если они все же появляются, с ними почти всегда можно справиться без особых усилий. На поверхности не останется потеков или царапин.
  • Нет механического воздействия на поверхность листа– если нужен быстрый разрез без деформации и оплавления, подойдет этот способ.
  • Метод годится для множества металлических изделий, в том числе стальных и алюминиевых.
  • Не нужно докупать молды, пресс-формы. 
  • Сравнительно низкая себестоимость производства деталей.
  • Неограниченность в вырезании – таким способом можно вырезать детали любой конфигурации.
  • Допускается гравировка металла. 
  • При необходимости можно на детали сразу же высверлить заданное отверстие, не перенося ее к другому станку.
  • Автоматизированная технология раскроя листового металла.
  • Техника отличается высокой производительностью. Обработка металла займет меньше времени, чем другие способы.

У нас лазерная резка металла в Минске производится с точностью в 0, 1 мм.