Инновации в области лазерной резки металлов довольно быстро внедряются в производство. Основным критерием внедрения является повышение эффективности и точности реза. Современные исследования включают как разработку новых типов лазеров – более мощных, с лучшей точностью луча – так и методов управления процессом резки.
Программное обеспечение лазерного раскроя на станках с ЧПУ уже позволяет настраивать параметры для конкретного материала и требуемой задачи, что позволяет снизить термическое воздействие и минимизировать количество дефектов шва. Ещё несколько лет назад считалось, что есть материалы, которые нельзя резать лазером (анодированный алюминий, титан, молибден, вольфрам), а сейчас такие методики являются профильными задачами. Они обеспечиваются выбором оборудования, типом вспомогательного газа и программируемой на ЧПУ технологией.
Для лазерной резки используется оборудование, отличающееся по мощности. Чаще всего используется три типа установок:
На сегодняшний день самой доступной и распространённой является оптоволоконная лазерная установка, которая является разновидностью твердотельной. В качестве усиливающего элемента-резонатора используется оптоволокно с активным веществом, накачиваемым излучением широкополосных светодиодов или лазерных диодов. Волоконные лазеры компактны, устойчивы к температуре, имеют качественное охлаждение благодаря хорошему отношению площади резонатора к объёму. Используют волоконные лазеры для гравировки, резки листового металла, маркировки товаров, сварки нержавеющей стали для электроники и медицинских инструментов, отличающихся малыми размерами.
Лазерная резка выполняется сфокусированным лучом без прямого контакта с заготовкой. Лазерное излучение создаёт высокую концентрацию тепловой энергии, в результате чего происходит локальный разогрев места будущего шва. Степень воздействия на металл определяется мощностью лазера, а так же свойствами самого материала: поглощением, отражением и теплопроводностью. Фокус лазера можно концентрировать как на поверхности, так и на некоторой глубине заготовки, что расширяет возможности обработки.
Участок воздействия нагревается до температуры плавления, затем – до кипения и испарения металла. Скорость фазового перехода определяется мощностью лазера. Примечательно, что поверхность металла плавится так быстро, что заготовка не успевает прогреться и зона термического влияния оказывается небольшой.
Лазер можно использовать не только для раскроя, но и для сварки. Лазерная сварка позволяет соединять однородные и разнородные материалы с толщинами от нескольких микрометров до десятков миллиметров. При этом обеспечиваются высокая точность и скорость работ, минимальное коробление и температурные поводки металла.
Второй силой, действующей на заготовку, является вспомогательная струя газа (воздух, кислород, азот, аргон), которая под давлением направляется в точку реза. Поток газа удаляет продукты разрушения, защищает оптику самого лазера от высокой температуры.
Струя газа не даёт образоваться очагу плазмы в зоне реза, что повлекло бы за собой изменение заготовки. Вспомогательные газы могут быть активными (кислород, воздух) и инертными (аргон, гелий, азот). В зависимости от их характеристик выбирается технология резки.
Виды вспомогательных газов:
Чистота газа является важнейшим параметром при обработке. Чем выше чистота газа – тем лучше качество обработки и меньше воздействия на оптику лазера. Минимальные требования к чистоте газа для лазерной резки устанавливается на отметке 99,996% (для кислорода – 99,95%, для аргона – 99,998%). Доля воды и углеводородов во вспомогательном газе не должна превышать 5 и 1 ppm соответственно.
На процесс лазерной резки влияют параметры установки, фокусирующей системы и самого материала. Лазерное излучение характеризуется диаметром луча на выходе из резонатора, его расходимостью, степенью поляризации (упорядоченностью колебаний) и модовым составом излучения. Модовый состав – это плотность распределения мощности по сечению пучка, который можно представить в виде «пятна», где в центре будет самая высокая плотность, а по краям – самая низкая. Этот показатель установки важен для точности реза.
Фокусирующая система характеризуется способностью повышать плотность мощности лазерной установки за счёт фокусировки. Здесь применяется оптика проходного и отражательного типов – линзы и зеркала соответственно. Чем больше мощность лазера – тем выше требования к оптической системе.
На процесс лазерной резки так же влияют характеристики обрабатываемого материала – его отражательная способность и состояние поверхности. Проблема очевидна: при работе с такими материалами излучение отражается от поверхности обратно в фокусирующую линзу, что создаёт риск повреждения лазера. Медь, алюминий, бронза, зеркальная нержавейка и т.п. материалы характеризуются высокой отражательной способностью, их резка возможна при нанесении на поверхность светоотражающего материала и точной настройке параметров установки. Очень часто лазерная резка таких материалов нецелесообразна. Качество обработки заготовки можно повысить, подбирая положение фокуса по глубине заготовки, выбирая мощность установки, снижая скорость подачи. Ключевую роль в качестве лазерной резки играет вспомогательный газ: его химический состав, чистота и параметры подачи – давление и расход.
Во многих случаях лазерная резка является технологией первого выбора, несмотря на её кажущуюся дороговизну. Целесообразность лазерной резки определяется количеством экземпляров, сложностью детали, необходимостью изготовления отверстий нестандартной формы и требованиям к качеству.
Специалисты нашего предприятия рассчитают стоимость и сроки изготовления вашего заказа, порекомендуют наиболее дешёвый и простой способ производства. Компания располагает современным оборудованием и специалистами, способными изготавливать сложные детали методом лазерной резки. Производство расположено в г. Челябинск, заказы доставляются по РФ и странам СНГ.
