Главный принцип работы оборудования для лазерной резки — сочетание мощного узконаправленного лазерного излучения с потоком газа, направляемого в место разреза. Температура луча достигает 2500 °С, что позволяет воздействовать на структуру любых металлов и сплавов. Нагнетаемый газ сдувает остатки расплавленного или испаренного металла, охлаждает его на линии реза и участвует в химических процессах, способствующих образованию ровной и прочной кромки.
Преимущества лазерной резки
Лазерная резка металла — эффективный способ металлообработки. Применение данной технологии позволяет снизить себестоимость производства при создании качественного продукта.
К преимуществам лазерного раскроя можно отнести:
- Точность. Узконаправленный лазерный луч и автоматизированное управление минимизируют погрешность в изготовлении. Детали полностью соответствуют чертежу;
- Скорость. Лазерный луч продвигается в металле до 100 мм за минуту. Это значительно превышает скоростные показатели при механической обработке;
- Качество кромки. Лазерная резка позволяет добиться максимально ровного и гладкого среза;
- Реализация нестандартных решений. Управляемая резка расширяет возможности выполнения сложного раскроя и минимального диаметра отверстий;
- Бесконтактный рез — отсутствие непосредственного давления инструмента во время обработки снижает риск деформации изделия;
- Отсутствие термического расширения. Нагрев локализуется в зоне реза и не распространяется по всей заготовке;
- Экономичное расходование сырья — достигается путем эффективного расположение деталей на листе и минимальной толщины реза;
- Снижение себестоимости за счет быстроты изготовления, рационального использования материала и отсутствия затрат на доводку готовых изделий.
Технологии лазерной обработки металла
В зависимости от вида и толщины обрабатываемого металла технологии лазерной резки могут быть различными. Применяются такие типы резки, как:
Лазерно-кислородная резка
В качестве вспомогательной газовой среды, окружающей лазерный луч в процессе се резки, используется поток кислорода. Взаимодействуя с раскаленным металлом, кислород вызывает реакцию окисления. Эта реакция сопровождается дополнительной выработкой тепла, способствующей более быстрому плавлению металла. Образуемые при этом окислы выдуваются газовой струей, оставляя чистую кромку.
Кислородная резка с поддержкой лучом
Эта современная технология LASOX (Laser-Assisted Oxigen) предполагает предварительный нагрев металлической поверхности 1000 °C, на раскаленный обрабатываемый участок направляется сверхзвуковой поток кислорода, в атмосфере которого и производится раскрой. В результате получается гладкая и ровная кромка. Метод применим для большей толщины заготовок, чем традиционная лазерно-кислородная резка, но скорость процесса несколько замедляется.
Лазерная резка в инертном газе
Использование инертного газа вызывается необходимостью избежать окисления кромок реза. Применяется при обработке нержавеющей стали, алюминия, титана. Инертные газы не вступают в реакцию с расплавленным металлом, дополнительного нагрева не происходит. Это несколько снижает эффективность, замедляется скорость процесса.
Испарительная (сублимационная) лазерная резка
При сублимационной резке происходит не плавление, а мгновенное испарение металла за счет использования высокоинтенсивного короткоимпульсного излучения. Это дорогостоящий энергозатратный метод. Его применение оправдано в микротехнологиях, когда важно, чтобы термическое воздействие не изменило свойства металла.
Оборудование для лазерной резки металла
Лазерная установка, независимо от типа резки, включает следующие базовые элементы:
- Источник энергии.
- Рабочее тело, генерирующее вынужденное фотонное излучение.
- Оптический резонатор — совокупность отражающих элементов, усиливающих интенсивность светового потока.
Лазерные установки различаются по мощности генерируемого луча.
Они делятся на три основных вида:
- Твердотельные — мощностью до 6 кВт. В качестве рабочего тела в них используется рубин, стекло со специальными добавками, оптоволокно. Чаще всего применяются на производстве, так как способны создавать мощный поток энергии за доли секунды. Режим излучения в них может быть непрерывный или импульсным.
- Газовые — мощностью до 20 кВт. В качестве рабочего тела выступает газовая среда (азот, кислород, гелий, углекислый газ), атомы которой подвергаются воздействию для создания направленного луча.
- Газодинамические — с мощностью, превышающей 100 кВт. В них горячий сжатый газ, проходя через сопло, расширяется с понижением температуры и выходит из термодинамического равновесия. Попадая в таком состоянии в резонатор, газ становится источником излучения.
Современные лазерные станки с частичным программным управлением отличаются высокой точностью и скоростью позиционирования луча на плоскости обрабатываемого листа.
Система подачи вспомогательного вещества лазерных станков предполагает использование различных типов газов. Для точности в процессе позиционирования предусмотрен дополнительный луч видимого спектра излучения. Системы настройки автоматически регулируют температуру, движение луча и рабочего стола, фокусировку лазера.
