Сравнение лазерной резки металла с другими методами обработки

Среди фрезерования, штамповки, электроискровой обработки, плазменной резки, гильотинной рубки, гидроабразива, газокислородной резки и ковки лазерная технология лидирует по скорости исполнения и качеству кромок, позволяя воплощать проекты любой сложности с микронной точностью.

Есть ли конкуренты у этого метода? Чем лазерная резка лучше или хуже других? Эти и другие вопросы рассмотрим ниже, чтобы раз и навсегда закрыть все возможные неясности.

Фрезерование

Фрезерование, в отличие от лазерной резки со сфокусированным лучом света, – механическая обработка заготовки вращающейся фрезой. Фреза послойно срезает металл, формируя нужный рельеф и контур. Поэтому фрезеровка подходит для более толстых металлов и 3D-деталей сложной формы. Минус в том, что она медленнее лазера, оставляет заусенцы и шероховатую кромку. Лазер точнее, обеспечивает идеальный срез без деформаций, но ограничен по толщине металла. 

Так что для толстых заготовок и объемных 3D-форм лучше фрезерование, а для точной резки тонких листов с безупречной кромкой – лазер.

Штамповка

Если лазерная резка бесконтактно разделяет материал лучом света, то штамповка использует давление пресса и матрицы для пластической деформации и отсечки металла. Штамповкой обычно производят крупные серии относительно простых деталей.

Учитывая высокую производительность, повторяемость и экономичность массового производства, штамповка предпочтительнее для крупных партий. Но изготовление штампов под каждую деталь дорого и невыгодно для малых серий, где лазер вне конкуренции. Лазерная резка также превосходит по гибкости и качеству кромки.

Электроискровая обработка

При электроэрозии материал послойно удаляется искрами между электродом и заготовкой в диэлектрике, что позволяет обрабатывать сверхтвердые и токопроводящие металлы.

Электроэрозия по точности и качеству не уступает лазеру, но медленнее из-за послойного принципа. Также расходуются электроды, нужна регулярная замена жидкости. Лазер лишен этих минусов, обеспечивая высокую скорость и низкую себестоимость.

В целом, метод электроэрозии превосходит лазер в обработке сверхтвердых и экзотических металлов.

Плазменная резка

Плазменная и лазерная резка схожи тем, что раскраивают металл бесконтактно, но если в первом случае используется плазменная дуга с температурой до 30000°C, то во втором – сфокусированное лазерное излучение. Плазма способна резать металлы толщиной до 70 мм и выше.

Плазменная резка высокопроизводительна, но дает более грубую и наклонную кромку в сравнении с лазером. Чтобы получить идеально ровный и гладкий срез, нужна дополнительная механическая обработка. Также плазма выделяет много дыма, искр, шума и УФ-излучения, требуя серьезных мер защиты. Лазерная резка намного чище, тише, точнее и не нуждается в последующей обработке кромок. Итак, для толстых металлов (40+ мм) плазменная резка пока вне конкуренции по скорости и стоимости, но для деталей с высокими требованиями к качеству и точности среза лазер остается безальтернативным выбором

Гильотинная рубка

Гильотина в отличие от лазера механически режет металл лезвием (ножом) под давлением пресса. Рубит только по прямой, обычно заготовки для дальнейшей обработки.

Гильотина проста, дешева и производительна для резки длинных прямых заготовок. Лазер же раскраивает детали любой геометрии прецизионно и с идеальной кромкой, а также делает узкие резы, экономя материал. Поэтому этот метод до сих пор используется для «грубой» нарезки заготовок, но для финального раскроя деталей сложной геометрии с прецизионной точностью лазерная резка не имеет равных.

Гидроабразивная резка

И гидроабразив, и лазер – высокоточные методы резки без механики: водой с абразивом или лучом, позволяя обрабатывать почти все материалы.

Гидроабразив хорошо режет сверхтолстые, многослойные и неметаллические материалы, включая камень, стекло, композиты и др. Но для тонких металлов он уступает лазеру по качеству кромки и производительности. Водяная струя оставляет небольшую шероховатость и требует последующей сушки деталей. Лазер работает как минимум вдвое быстрее, дает идеально чистый и гладкий срез и не нуждается в дополнительных операциях.

В итоге, гидроабразивная резка подходит для толстых и неметаллических заготовок, а лазерная резка эффективнее при раскрое тонких металлических листов, проигрывая гидроабразиву только толщиной реза.

Газокислородная резка

В отличие от лазера, газокислородная резка разделяет металл струей горящего ацетилена с кислородом – металл сгорает в струе. Получается резать толстую сталь (до 300 мм) дешевле лазера. 

Однако качество кромки после газокислородной резки всегда ниже, чем у лазера: поверхность получается грубой, покрытой окалиной и требует обязательной дополнительной обработки. Точность газовой резки также в разы уступает лазерной. Кроме того, лазер безопаснее, поскольку не использует горючие газы и открытое пламя.

Поэтому для современных производств газовая резка практически не подходит, уступая лазеру почти по всем параметрам.

Ковка

Ковка принципиально отличается от лазерной резки: металл куют молотом/прессом, меняя форму; лазер же бесконтактно режет металл лучом в плоские детали точной геометрии. 

Ковка улучшает физико-механические свойства металла и подходит для изготовления объемных заготовок, в т.ч. с изменяющимся профилем, чего нельзя добиться лазерной резкой. Но кованые детали всегда требуют дополнительной механической обработки, т.к. имеют значительные допуски по размерам. Лазер же сразу дает высочайшую точность и превосходную чистоту кромок.

Выводы

Сравним методы для разных задач в таблице ниже:

Задача / Метод	Лазер	Фрезеровка	Штамповка	Электроэрозия	Плазма	Гильотина	Гидроабразив	Газ.резка	Ковка
Точность	+++++	+++	++	++++	++	+	++++	+	+
Качество кромки	+++++	++	+	+++	+	+	+++	+	+
Скорость	++++	+++	+++++	++	+++	++++	++	+++	++
Толщина металла	++	+++	+++	++	++++	++	+++++	+++++	++++
Сложность геометрии	+++++	+++++	+	+++	+++	+	+++++	+++	++++
Повторяемость	++++	+++	+++++	+++	+++	+++	++++	+++	+++
Цена малых серий	++++	+++	+	++	+++	+++	+++	++	++
Цена массового пр-ва	++	++	+++++	++	++	++++	++	+++	++++

Примечание: количество плюсов отражает сравнительную эффективность метода для данного параметра, от одного плюса (худший) до пяти (лучший).

Как видно, лазер лидирует по точности, качеству кромки, скорости и возможностям обработки деталей сложной геометрии. В толщине металла его превосходят только плазма, газокислородная резка и отчасти гидроабразив. По повторяемости и экономичности крупных серий впереди штамповка и ковка.

Важно! Эта таблица поможет выбрать оптимальный метод под конкретную задачу. Но для прецизионной резки тонколистовых деталей сложной формы именно лазер сейчас вне конкуренции.