Обзор лазерных станков для резки металла и их выбор

Оборудование для лазерной резки металла используется в самых разных отраслях промышленности: машиностроении, металлургии, мебельном производстве. Такая популярность связана с тем, что он позволяет создавать детали сложной формы с более высоким уровнем точности. О таком оборудовании и пойдет речь в нашей статье.

Конструкция и принцип работы

Станки для лазерной резки металла выполняют три основные функции:

гравировка — нанесение изображения, текста и даже фотографии на металлическую поверхность;
лазерная резка;
криволинейный срез.

Во всех случаях формируется шаблон, на основе которого модуль ЧПУ устанавливает параметры резки. В результате получается идеально точный продукт.

Основным преимуществом лазерных станков является их высокая производительность: большое количество изделий может быть обработано за относительно короткий период времени.

Конструкция любой лазерной резки включает в себя несколько блоков:

эмиттер — отвечает за генерацию потока фотонов или сильно сфокусированного лазерного импульса;
привод — используется для перемещения излучателя по обрабатываемой поверхности;
газоперекачивающий агрегат — предназначен для выдувания горячего металла из рабочей зоны и охлаждения радиатора;
рабочий стол для резки — именно на нем размещается заготовка, при этом стол может быть сменным;
модуль ЧПУ / СКУД.

Принцип работы таких станков основан на генерации узкого луча лазерной трубкой, выполняющей обработку металла. Из-за контакта луча с поверхностью обрабатываемого материала возникает высокотемпературный эффект, позволяющий гравировать или резать металл. В то же время поток газовой смеси вытесняет слой расплавленного материала, обеспечивая высокое качество резки. На этих станках можно работать со всеми видами листовой стали, а также с цветными металлами и их сплавами.

Описание видов

Суть работы любой лазерной резки заключается в фокусировке строго прямого луча, в результате чего энергия концентрируется на поверхности обрабатываемого материала. Диаметр этого бруса не превышает десятых долей миллиметра, что гарантирует минимальную толщину реза. Процесс плавления и последующая трансформация структуры металла происходит в результате приведения мощностных характеристик лазерного луча к определенным параметрам. В зависимости от механизма работы различают четыре основных типа таких машин.

Газовые

Лазерная резка металла может выполняться в среде кислорода или азота, выбор зависит от характеристик обрабатываемого металла. Затем в результате воздействия кислорода запускаются экзотермические реакции, тепловая энергия которых позволяет резать достаточно толстые листы из низколегированной и углеродистой стали.

Не рекомендуется резать оцинкованные или кислородно-оцинкованные поверхности. В этом случае рез получается неровным, к тому же увеличивается риск образования шлака. При резке нержавеющей или высоколегированной стали нежелательно допускать окисление режущей кромки. Именно поэтому при работе с такими металлами требуются инертные газы, чаще всего азот.

Кроме того, азот используют в тех случаях, когда срезы впоследствии будут окрашены. Если используется кислород, окисление металла приведет к ухудшению качества окраски.

Для резки алюминия можно использовать любую газообразную среду. Но для работы с титановыми сплавами ни тот, ни другой использовать нельзя, так как оба газа начинают поглощаться поверхностью металла и образовывать хрупкий слой. Для этого материала следует отдавать предпочтение лазерным устройствам, работающим на гелии или аргоне высокой чистоты.

В целом, любая газовая лазерная резка обеспечивает максимальную волну излучения, поэтому они востребованы при обработке листов максимальной толщины.

Оптоволоконные

Высокая эффективность и производительность оборудования обеспечивается волоконно-оптическими лазерными устройствами, часто выполняемыми в виде мини-станков. У них есть следующие преимущества.

Высокая скорость резания. По сравнению с газом вдвое.
Повышенная эффективность. Эффективность фотоэлектрического преобразования при резке оптического волокна составляет 30%, что в 2-3 раза выше, чем при лазерной резке в газовой атмосфере.
Высокое качество луча. Линия реза тоньше, а пятно меньше, что в целом повышает эффективность работы.
Продолжительность. Использование профессионального оптоволоконного лазера гарантирует стабильную работу оборудования до 100 000 часов.
Низкая стоимость использования. Энергопотребление волоконно-оптических систем не превышает 30% от лазерной резки в газовой атмосфере.
Эксплуатация такого оборудования не представляет особой сложности. Благодаря оптоволоконной передаче нет необходимости настраивать параметры оптического пути.
Минимальные затраты на обслуживание. Отсутствие необходимости в световозвращающих линзах экономит много денег на обслуживании машины.

Диодные

Основным рабочим элементом диодного лазерного резака является эмиттер в виде полупроводникового кристалла, выполненного в виде оптического резонатора. В состав такого лазера помимо диода входит специализированное устройство для питания от сети переменного тока. Это позволяет варьировать параметры уходящего излучения.

Кроме того, в конструкцию входит датчик контроля температуры и оптическое устройство, позволяющее значительно увеличить монохроматичность луча.

Однако диодный лазер существенно уступает газовым и волоконным лазерам по параметрам когерентности. Фокус дает большое расхождение, поэтому невозможно сконцентрировать энергию в максимальном объеме. Единственное преимущество такого оборудования — его относительная дешевизна по сравнению со всеми другими моделями.

Твердотельные

Принцип работы твердотельного лазера напоминает газовый. Но есть и свои особенности. В отличие от газовой среды здесь используется активная среда твердых форм. Как правило, это различные кристаллы и стекла, активируемые при контакте с редкоземельными элементами. Такие лазеры отличаются повышенным КПД, а ряд моделей имеет достаточно компактные размеры. Эти горелки производят лучи с длинами волн, которые подходят для самых разных металлов и толщин.

Нюансы выбора

Выбирая станок для лазерной резки по металлу, нужно обращать внимание на следующие характеристики.

Ассортимент материалов. В первую очередь необходимо учитывать специфику предприятия. Важно уточнить, из чего будут вырезаны детали и какова их толщина. Эти факторы необходимо сравнить с техническими данными станка, размерами рабочей зоны и рабочими параметрами оборудования.
Такелаж. Когда дело доходит до оптоволоконных машин, вы должны обращать внимание на расходные материалы: серводвигатели, направляющие, режущие головки, химеры и многое другое. Качество и функциональность этих компонентов влияют на точность и скорость лазерной резки. Некоторые недобросовестные производители дополняют оборудование не оригинальными комплектующими, а своими аналогами с целью снижения затрат. Это может сбить с толку покупателя. Поэтому информацию о происхождении расходных материалов необходимо уточнять заранее.
Мощность. Средняя мощность всех лазерных станков сегодня составляет от 500 до 6000 Вт. Если вы планируете резать листовой металл толщиной менее 6 мм, вам будет достаточно лазерного резака мощностью 500-700 Вт. Для работы с более толстым материалом нужно выбирать станки с максимальной мощностью.
Качество оборудования. В последние годы в большинстве компаний наблюдается тенденция к сокращению производственного цикла. Многие компании, особенно недавно вышедшие на рынок, не уделяют должного внимания тестированию своих лазерных резаков перед доставкой заказчику и не проводят контроль качества оборудования. Поэтому при выборе машины очень важно обращать внимание на наличие у производителя услуг предпродажных испытаний и подготовки.
Сервисное обслуживание. При выборе оборудования лучше отдавать предпочтение станкам тех производителей, сервисные услуги которых представлены в регионе использования. В противном случае любые дефекты в процессе эксплуатации приведут к длительному ремонту и, как следствие, к простою производства.

Применение

Станки для лазерной резки металла универсальны. И это касается как используемых материалов, так и широты производственных возможностей. В частности, их можно использовать для резки и гравировки металла.

Чаще всего лазерное оборудование используется для резки материалов. В металлообработке очень популярны станки, в которых основным режущим инструментом является лазер. Они позволяют проводить:

отдельные элементы внутренних и внешних рекламных конструкций;
предметы интерьера;
конструкторы из металла и пазлы;
детали к моделям автомобилей и самолетов;
сувенир.

Лазерная гравировка изделий из металла способна превратить самую простую вещь в бесценный подарок. Самая резкая гравировка достигается с помощью лазерного луча. Нанесенные в этой технике изображения имеют неограниченный срок действия, не боятся истирания, воздействия кислотно-щелочных растворов, воды, ультрафиолета и экстремальных температур.

С помощью лазера с компьютерным управлением можно получить изображение с максимальной детализацией. На металлических поверхностях часто создаются замысловатые узоры, также воспроизводятся фотографии.

Чаще всего лазерный резак используется для гравировки зажигалок, портсигаров, украшений, холодного и легкого оружия, а также предметов декора.

С помощью лазерного луча можно гравировать не только плоские, но и выпуклые поверхности. В этом случае к двигателю станка крепится специализированный механизм фиксации заготовки. Вращение двигателя передается на заготовку, она начинает двигаться с определенной скоростью, а лазерный луч наносит изображение со всех сторон.