Лазерная металлообработка – одна из основных областей использования лазеров в промышленности. При помощи лазерного луча можно просверливать отверстия, маркировать и гравировать изделия, сваривать детали. Но чаще лазерные лучи применяются для высокоточной резки металла.

Лазерные станки устанавливают не только на крупных производствах, но также на небольших и даже кустарных предприятиях. Из статьи вы подробно узнаете, как работает лазерная резка по металлу и в чем ее преимущества перед другими видами металлообработки.

Что означает лазерная резка

Это бесконтактный метод резки металлов и сплавов сильно сфокусированным когерентным потоком света. Направленный луч лазера разрезает материал с помощью испарения, плавления, химической абляции или струи газа. Процесс не создает остаточного напряжения в металле, благодаря чему можно разрезать и тончайшие металлические листы.

Лазерная резка применяется для разрезания бумаги, дерева, пластика, керамики, натурального и искусственного камня. Но более широко метод используется для металлов и сплавов, таких как:

• алюминий;
• нержавеющая, мягкая, низкоуглеродистая, холоднокатаная сталь;
• медь;
• титан;
• латунь;
• цветные металлы.

Установки отлично подходят для резки относительно тонкого листового металла – толщиной до 20 мм для алюминия, 15 мм для меди, 50 мм для нержавеющей стали с допуском от 0,2 до 0,1 мм.

Для резки лазером требуется специальное оборудование с числовым программным управлением, которое преобразует оцифрованные чертежи, описывающие каждую кривую и угол конструкции. Станки делятся на 3 типа в зависимости от материалов, используемых для генерации лазерного луча, – СО2, YAG, оптоволоконные.

СО2-лазер обладает высокой режущей способностью для обработки даже более толстых листов нержавеющей стали. Метод основан на смешивании газов с диоксидом углерода под воздействием электрического тока. Это проверенный десятилетиями способ резки металла. Основной недостаток лазерных СО2 станков – сравнительно высокие эксплуатационные расходы на расходные материалы. Эффективность составляет около 10 процентов.

В оптоволоконном лазере в качестве источника света используется полупроводниковый диод. Свет, излучаемый диодом, попадает в легированное редкоземельным элементом волокно. Элементы поглощают свет и преобразуют его в лазер с нужной длиной волны.

Оптоволоконные резаки, такие как станки SENFENG для лазерной резки металла с ЧПУ, отличаются экономичной работой и низкими эксплуатационными расходами. Благодаря короткой длине волны луча волоконный лазер способен разрезать металлы, которые не поддаются обработке другими способами. Эффективность оптоволоконного лазера больше 30%.

В YAG-лазерах задействован алюмоиттриевый гранат, легированный неодимом. Световой луч отражается от дуговой лампы стенками эллиптического отражателя и поглощается Nd стержнем, что пробуждает ионы неодима. В результате избыточная энергия вырывается в виде яркого пучка света. YAG станки больше подходят для гравировки и сверления, чем для резки металлов и сплавов.

Как работает лазерный станок для резки металла

В лазерном станке используется высокоэнергетический световой луч малого диаметра, который направляется по заданным параметрам строго вертикально вниз на металлическую заготовку. Когда луч попадает на поверхность, материал поглощает лазерную энергию и преобразует ее в тепловую, из-за чего повышается температура металла настолько высоко, что он насквозь плавится в местах воздействия. Когда лазер фокусируется на материале, система ЧПУ генерирует занесенные в программу G-коды, чтобы делать разрезы строго по шаблону.

Технология лазерной резки металла:

1. Создание файла G-кода с занесением в ЧПУ.
2. Генерация лазерного луча.
3. Усиление лазера.
4. Направление и фокусировка луча.
5. Резка материала.

Все процессы проходят автоматически. От оператора только понадобится сгенерировать G-код – набор инструкций, которые подскажут, как перемещаться лазерной головке, чтобы получился нужный разрез. Это могут быть не только прямые, но и фигурные резы. Для простых разрезов оператор может сгенерировать коды вручную. Для более сложных форм лучше воспользоваться системой автоматизированного проектирования.

Виды лазерной резки

Лазерные станки отличаются не только типом лазеров в зависимости от того, как формируется луч. Отличия есть и в методах получения разреза. Существует 3 основных вида лазерной резки металла, об особенностях каждого из которых расскажем подробней.

Сублимация или испарение

Это тип перехода материала из твердого в газообразное состояние без промежуточной жидкой фазы. Материал поглощает за короткий промежуток времени энергию такой мощности, при которой нет возможности плавится. Начинается процесс резки с небольшого пропила, в котором образуется больше поглощающей способности, что приводит к быстрому испарению материала в месте воздействия.

Из-за резкой сублимации создаются пары с высоким давлением, которые еще сильнее разрушают стенки пропила. В результате получается тонкий ровный разрез без отходов. Такой метод резки чаще используется для тонкого листового металла.

Плавление

Для процесса плавления требуется значительно меньше энергии, чем для сублимации. Направленный лазерный луч нагревает поверхность, которая начинает плавиться. В это время струя газа из коаксиального сопла вытесняет материал из разреза. Метод плавления применяется для резки неокисляющихся металлов, таких как нержавеющая сталь, титан, алюминиевые сплавы.

Реактивная реакция

В этом методе задействован реактивный газ, который вступает в реакцию с металлом, в результате чего происходит выделение тепла. Сначала лазерным лучом расплавляется верхний слой, потом запускается газообразный кислород, вызывающий экзотермический процесс при соединении с металлом. Из-за химической реакции на краях разреза образуется оксид металла, из-за чего снижается качество металлообработки. Такой метод применяется для резки толстых листов углеродистой стали, титана и других легкоокисляемых металлов.

Преимущества и недостатки резки металла лазером

Принцип лазерной резки металла – одна их самых распространенных и высокоэффективных технологий металлообработки.

Основные плюсы применения лазерных установок на производстве:

• высокое качество резки с тонким ровным срезом;
• минимизация отходов;
• повышенная безопасность оператора на рабочем месте;
• точность обработки деталей;
• возможность делать точные криволинейные и фигурные резы;
• низкая стоимость эксплуатационных расходов;
• автоматизированный процесс;
• отсутствие необходимости отдельно закреплять заготовки перед обработкой.

К основным недостаткам можно отнести высокие затраты на покупку оборудования, хотя инвестиции быстро окупаются. Также следует учитывать, что лазерные станки могут разрезать материал только до определенной толщины в зависимости от видов металлов и сплавов.

Область применения

Универсальность процесса наряду с высокой степенью точности, которую обеспечивает лазерная резка, сделали ее популярным методом металлообработки в разных отраслях промышленности:

• автомобилестроение;
• приборостроение;
• изготовление кухонной утвари;
• рекламная индустрия;
• листовая металлургия;
• аэрокосмическая промышленность;
• строительство;
• производство бытовой техники;
• медицинское оборудование и пр.

Лазерная резка металла также применяется для изготовления элементов дизайна, ювелирных украшений, создания скульптур и настенных панно. Лазер делает идеально точные разрезы даже в сложных конструкциях, что помогает создавать эксклюзивные вещи, воплощающие замысел художника.

Заключение

Благодаря подробному описанию лазерной резки металла вы теперь знаете, насколько эффективно использование оборудования, генерирующего высокотемпературный луч, по сравнению с другими методами металлообработки. Для реализации проектов, связанных со многими видами металлов и сплавов, резка лазером обеспечивает непревзойденную точность даже при обработке особенно сложных конструкций. Технология лазерной резки сокращает время выполнения заказа, уменьшает количество отходов и позволяет выполнять большие объемы производства. Несмотря на высокую стоимость оборудования, окупаемость станков составляет несколько месяцев в зависимости от отрасли применения.