Лазерные станки для резки металла: классификация, особенности, применение

Изобретение лазера – одно из главнейших достижений науки. Раньше лучи могли использоваться только для подачи сигналов на дальние расстояния, но их мощность постепенно увеличивалась, ученые экспериментировали с длинами волн, источниками энергии, благодаря чему появились совершенно новое оборудование.

Характерный пример – станки для резки металла. Вместо механической оснастки, пил или фрез, они укомплектованы мощным лазером, продуцирующим луч, мощность которого достаточна для уверенного реза даже толстых металлических заготовок, независимо от материала, от мягкого алюминия до легированных сталей, титана. Какими модулями комплектуются эти устройства? В чем их основные особенности? Где они используются?

Общие преимущества

Вне зависимости от модификации, современные станки отличаются следующими достоинствами:

• Ровный и гладкий рез. Механическое воздействие даже самого острого пильного диска с алмазным напылением может привести к появлению на кромке мелких сколов, заусенцев. Это не только эстетическая, но и практическая проблема, делающая плотное сопряжение обработанных элементов невозможным. С лазером такого не происходит.
• Максимальная точность. Устройства используют схему ЧПУ, работают по заданным алгоритмам, строго следуют загруженным схемам и чертежам. Готовая деталь на 100% соответствует проекту, исключено негативное влияние человеческого фактора, выпуск брака.
• Совместимость с различными металлами, вне зависимости от хрупкости, твердости, в частности:

1. Сталь с увеличенным содержанием углерода. Ее главная особенность – огромная твердость, затрудняющая механический рез, требующая использования особой оснастки с алмазным напылением. Даже специализированные пилы, при этом довольно быстро изнашиваются и требуют замены. Лазер воздействует не механически, а термически, так что проблема износа неактуальна, а температуры вполне достаточно для уверенного реза даже толстой стальной заготовки.
2. Нержавеющая сталь. Станок быстро режет нержавейку, при этом в полной мере сохраняет ее коррозионную стойкость.
3. Легированная сталь. Благодаря лазерной резке, удается получить детали высочайшего качества, с идеальными кромками.
4. Алюминий. На мягком металле не появляются микроскопические трещины, каверны и другие дефекты, характерные для классических технологий обработки.

Допустима работа и с другими металлами, сплавами, например, медью, никелем, бронзой, титаном.

• Безотходность. Это особенно важно при работе с дорогими материалами, благородными металлами, титаном;
• Скорость работы. Даже самые совершенные механические станки не обеспечат подобной скорости.

Общая классификация

Классифицировать станки можно по следующим показателям:

1. Толщина обрабатываемых заготовок. Устройство может работать как с тонким листовым металлом, так и с крупными деталями призматической конфигурации.
2. Мобильность. Помимо схемы с ЧПУ, доступно полностью роботизированное, автоматизированное управление, позволяющее взаимодействовать с заготовками наиболее сложной конфигурации, со множеством граней и углов. Самый простой вариант – ручное управление, требующее постоянного контроля со стороны оператора.
3. Габариты. От габаритов, как правило, зависит спецификация и производительность. Представлены компактные станки, ориентированные на небольшие производства, габаритные, для крупных предприятий, где резка металла поставлена на поток.
4. Мощность. Подбирать мощность нужно по типу металла, с которым предстоит работать, и толщине заготовок. Например, киловатта достаточно для уверенного реза листа черной стали толщиной в 1-1.2 сантиметра, если она составляет 2 сантиметра – требуется уже 2.5 киловатта, 2.5 – около 4.

Пятый классификационный признак – тип лазера, что требует более подробного рассмотрения.

Классификация по лазеру

Станки для резки металла комплектуются различными лазерными излучателями, у каждого из которых – уникальные особенности, характеристики, специфика использования.

Газовые

В качестве рабочей среды используется углекислота, которая, при воздействии сильного тока, начинает продуцировать световой поток. Чтобы свет распространялся по определенному вектору, имел форму луча, используется комплекс, состоящий из множества линз и зеркал.

Сложность конструкции системы фокусировки несколько увеличивает стоимость оборудования, а также подразумевает необходимость в периодической настройке, выполнить которую сможет только квалифицированный специалист. CO2-лазеры, из-за не самой высокой мощности, лучше подходят для работы не с металлами, а с более мягкими материалами, полимерами, кожей, картоном. Впрочем, некоторые модели отлично зарекомендовали себя в металлообработке.

Кристальные

Функцию активной среды выполняет кристалл, принадлежащий к одному из двух типов:

• Nd-YAG. Алюмо-иттриевый гранат, модифицированный неодимовыми ионами;
• Nd-YVO. Иттриевый ваданат, также модифицированный неодимом.

Кристалл не способен излучать световой поток, однако, он многократно усиливает и ускоряет свет, продуцированной системой накачки, в качестве которой используются импульсные лампы или диоды. Наиболее технологичным является второй вариант, именно диодами комплектуется большинство станков.

При покупке нужно учитывать, что срок службы диодов ограничен. В среднем, он составляет от 8 до 15 тысяч часов, после чего требуется замена.

Волоконные

Наиболее технологичные устройства. Как и кристальные аналоги, они принадлежат к твердотельной группе. Функцию активной среды выполняет стекловолокно, усиливающее и ускоряющее световой поток, продуцированный основным лазером. Интересно, что этот модуль характеризуется малой мощностью, однако, за счет стекловолокна она увеличивается во много раз.

Преимущества таких установок выглядят следующим образом:

• Если сравнить устройства с газовыми лазерами, то они могут формировать в десятки раз более мощный луч, при аналогичной мощности потребления. Это увеличивает скорость работы, ее точность, позволяет легко справляться с металлами высокой твердости.
• Простота настройки и обслуживания. По сути, непосредственно после установки такие станки готовы к эксплуатации. Им не нужна периодическая перенастройка, что не просто упрощает эксплуатацию, но и снижает вторичные расходы.

Третье значимое достоинство – высокий эксплуатационный ресурс. Если диодные лазеры, даже наиболее надежные, прослужат не больше 15 тысяч часов, то волоконные – легко выдержат 25.