Основы технологии лазерной резки металла. Станок лазерной резки
Лазерная резка металла - преимущества и недостатки технологии
Из школьного курса элементарной физики вы знаете о сильном тепловом воздействии сфокусированного света. Познавательный трюк с увеличительным стеклом ясно показывает возможности преломленного потока солнечного луча.
Принципом действия работы лазера может служить его перевод с английского: усиление света вынужденным излучением. По-простому — это световое излучение, вызванное атакой фотонов на рабочую среду с усилением за счет ответной реакции. Световой поток через систему оптических призм и зеркал фокусируется в узконаправленный луч импульсной или непрерывной модуляции. Мощность и интенсивность лазера зависит от используемого активатора и сложности резонирующих систем.
В качестве первичного активного вещества используют все возможные агрегатные состояния: твердое, газообразное, жидкое и плазменное. Важнейшим критерием является способность к возбуждению и отдаче свободных квантов-фотонов. Накачка первичных световых атомов производится разными способами. Это может быть сфокусированное солнечное излучение, специальные лампы, другие лазеры, электрическое воздействие или химические процессы. Для увеличения силы потока делают многоуровневые атакующие каскады. В основе резонаторов применяют плоскопараллельные и сферические зеркала или их комбинации. Главный параметр хорошего прибора — устойчивое сохранение светового луча и его точная фокусировка.
Принцип лазерной резки
Первый лазер был сделан на рубине в 1960 году, он работал в инфракрасном диапазоне и являлся началом эры световых помощников человека. История развития прикладной квантовой науки шла по пути усиления первоначальных систем накачки и совершенствования оптических резонаторов для достижения мощного и управляемого луча. Выискивались новые рабочие среды, были испробованы и получили путевку в жизнь лазерные установки на красителях, на свободных электронах, химические модели и полупроводниковые исполнения.
Производственное использование лазера
Лазер называют самым красочным и одним из важнейших изобретений XX века. Многие годы никто не понимал его практического применения, прибор называли устройством, которое само ищет задачи для решения. Теперь лазерные аппараты лечат людей, исследуют звезды и применятся для развлекательных мероприятий.
Машиностроительные производства давно начали использовать резку металла лазером. Пионерами выступили судостроительные верфи, авиационные заводы и автомобильные гиганты, искавшие передовые методы работы для увеличения производительности труда. Возрастающая конкуренция стимулировала появление инновационных обрабатывающих центров с принципиально новыми системами влияния на рабочий процесс.
К настоящему времени на промышленных предприятиях лазерная резка металла представлена следующими видами установок:
- твердотельные — основанные на кристаллических драгоценных камнях или соединениях редкоземельных элементов, для накачки фотонов используется импульсные лампы или лазерные диоды;
- волоконные — активная среда и резонатор сделаны целиком из оптического волокна или скомбинированы с другими конструктивными элементами.
Следующее видео представляет волоконный лазерный станок.
Для работы с цветными металлами и антикоррозионными сталями, имеющими высокую отражающую способность, прикладными исследовательскими институтами разработаны специальные модели традиционных лазеров с резонатором из оптико-волоконной трубки. Световой луч в таких установках более сфокусированный и концентрированный и не рассеивается о зеркальную поверхность алюминиевых, титановых или нержавеющих заготовок.
Широко распространенные газовые СО₂-лазеры работают на рабочей смеси углекислого газа, азота и гелия, зеркала резонатора покрыты серебряным или золотым напылением для увеличения отражающей способности.
Технология лазерной резки металлов постоянно совершенствуется: пробуются новые типы установок, усложняются системы управления процессом, применяются компьютерные комплексы для контроля режимов обработки. Основной упор делается на увеличение точности, чистоты реза и производительности.
Особенности технологического процесса
В результате воздействия светового луча материал заготовки проходит несколько промежуточных изменений для превращения в обработанную деталь:
- первая стадия — воздействие лазера на металл в точке начала реза вызывает нагревание вещества до температуры плавления и появлению усадочной раковины;
- вторая стадия — энергия излучения приводит к кипению и испарению металла;
- третья стадия — при проплавлении заготовки на полную глубину начинается поступательное движение рабочего органа в соответствии с заданной траекторией.
В действительности, процесс испарения металла наблюдается только у тонких заготовок, при средней и большой толщине реза удаление остатков вещества из рабочей зоны производится с помощью струи вспомогательного газа (азот, кислород, воздушная смесь или инертные газы).
Такие установки, работа которой представлена на видео, называют газолазерными резаками.
Активный кислород, подаваемый в зону резания не только выводит продукты плавления металла и охлаждает поверхность среза, но и способствует поддержанию температуры и ускоряет режимы обработки. При лазерной резке не происходит деформации заготовки, следовательно, отсутствуют затраты материала на припуск линейных размеров и необходимость в дополнительных чистовых операциях.
Сравнительные характеристики лазерной и плазменной резки приведены
Современные лазерные комплексы
Мировая станочная индустрия идет в ногу со временем и предлагает своим потребителям самое разнообразное оборудование для лазерной резки металла. Многокоординатные аппараты призваны заменить шумные и низко производительные механические резаки. Мощность лазера зависит от специфики производства и экономического обоснования выбранного агрегата.
Новое поколение прецизионных обрабатывающих станков с ЧПУ позволяют проводить обработку материалов с точностью до 0,005 мм. Площадь обработки некоторых моделей лазерных установок достигает нескольких квадратных метров. Большим достоинством является минимизация человеческого фактора, заключающаяся в высокой автоматизации производственного процесса.
Геометрия детали задается в программный блок, осуществляющий управление лазером и рабочим столом с заготовкой. Системы настройки фокуса автоматически выбирают оптимальное расстояние для эффективного резания. Специальные теплообменники регулируют температуру лазерной установки, выдавая оператору контрольные данные текущего состояния инструмента.
Лазерный станок оснащается клапанными механизмами для подключения газобаллонного оборудования, чтобы обеспечить подачу вспомогательных газов в рабочую зону. Система дымоулавливания призвана оптимизировать расходы на вытяжную вентиляцию, включая её непосредственно в момент обработки. Область обработки полностью экранируется защитным кожухом для безопасности обслуживающего персонала.
Лазерная резка листового металла на современном оборудовании превращается в легкий процесс задания числовых параметров и получения на выходе готовой детали. Производительность оборудования напрямую зависит от параметров станочного комплекса и квалификации оператора, создающего программный код. Технология лазерной резки металлов гармонично вписывается в концепцию роботизированного производства, призванного полностью освободить человека от тяжелого труда.
Производители предлагают различные типы лазерных станков: универсальные и специализированные. Стоимость первых на порядок больше, но они позволяют производить несколько операций и выпускать детали более сложной формы. Большое количество рыночных предложений дает возможность выбора для заинтересованных потребителей.
Преимущества и недостатки
- высокое качество обработанной поверхности;
- экономия материала;
- способность работы с хрупкими материалами и тонкими заготовками;
- возможность получения деталей сложной конфигурации.
Среди минусов: высокая стоимость оборудования и расходных материалов.
Лазерная резка стали и цветных металлов пользуется большим рыночным спросом. Способность быстро выдавать чистовые детали нестандартной формы привлекает в профильные предприятия заказчиков малых партий разнообразных изделий. Лазерные технологии активно используются в декоративном творчестве при изготовлении дизайнерских украшений и оригинальных сувениров.
Решение о применении лазерной обработки должно приниматься с учетом расчета окупаемости оборудования и величине эксплуатационных расходов. В настоящее время такие установки могут себе позволить, в основном, крупные предприятия с большим производственным циклом. С развитием технологии будут снижаться стоимость станков и количество потребляемой энергии, поэтому в будущем лазерные аппараты вытеснят своих конкурентов из сферы резки любых материалов.
wikimetall.ru
Промышленный комплекс лазерной резки
Соблюдение Вашей конфиденциальности важно для нас. По этой причине, мы разработали Политику Конфиденциальности, которая описывает, как мы используем и храним Вашу информацию. Пожалуйста, ознакомьтесь с нашими правилами соблюдения конфиденциальности и сообщите нам, если у вас возникнут какие-либо вопросы.
Сбор и использование персональной информации
Под персональной информацией понимаются данные, которые могут быть использованы для идентификации определенного лица либо связи с ним.
От вас может быть запрошено предоставление вашей персональной информации в любой момент, когда вы связываетесь с нами.
Ниже приведены некоторые примеры типов персональной информации, которую мы можем собирать, и как мы можем использовать такую информацию.
Какую персональную информацию мы собираем:
- Когда вы оставляете заявку на сайте, мы можем собирать различную информацию, включая ваши имя, номер телефона, адрес электронной почты и т.д.
Как мы используем вашу персональную информацию:
- Собираемая нами персональная информация позволяет нам связываться с вами и сообщать об уникальных предложениях, акциях и других мероприятиях и ближайших событиях.
- Время от времени, мы можем использовать вашу персональную информацию для отправки важных уведомлений и сообщений.
- Мы также можем использовать персональную информацию для внутренних целей, таких как проведения аудита, анализа данных и различных исследований в целях улучшения услуг предоставляемых нами и предоставления Вам рекомендаций относительно наших услуг.
- Если вы принимаете участие в розыгрыше призов, конкурсе или сходном стимулирующем мероприятии, мы можем использовать предоставляемую вами информацию для управления такими программами.
Раскрытие информации третьим лицам
Мы не раскрываем полученную от Вас информацию третьим лицам.
Исключения:
- В случае если необходимо — в соответствии с законом, судебным порядком, в судебном разбирательстве, и/или на основании публичных запросов или запросов от государственных органов на территории РФ — раскрыть вашу персональную информацию. Мы также можем раскрывать информацию о вас если мы определим, что такое раскрытие необходимо или уместно в целях безопасности, поддержания правопорядка, или иных общественно важных случаях.
- В случае реорганизации, слияния или продажи мы можем передать собираемую нами персональную информацию соответствующему третьему лицу – правопреемнику.
Защита персональной информации
Мы предпринимаем меры предосторожности — включая административные, технические и физические — для защиты вашей персональной информации от утраты, кражи, и недобросовестного использования, а также от несанкционированного доступа, раскрытия, изменения и уничтожения.
Соблюдение вашей конфиденциальности на уровне компании
Для того чтобы убедиться, что ваша персональная информация находится в безопасности, мы доводим нормы соблюдения конфиденциальности и безопасности до наших сотрудников, и строго следим за исполнением мер соблюдения конфиденциальности.
Лазерный станок для резки фанеры
Содержание: [скрыть]
- Мастерим устройство для лазерной резки
- Изъятие лазера
- Замена диода
- Корпус
- Питание
- Подготовка к запуску
У каждого из нас имеется специально отведенное место для хранения старой или вышедшей из строя техники, которая лежит мертвым грузом на всякий случай, и однажды этот случай наступает. Чаще всего забракованные по разным причинам гаджеты применяются для различных самодельных устройств, облегчающих быт. Если в вашем доме завалялась лазерная указка, а вам нравится гравирование, то из нее можно собственноручно соорудить самодельный лазерный станок. Тем, кому такая идея показалась интересной, нужно поискать среди завалявшихся безделушек фонарик, работающий на аккумуляторных батарейках и CD/DVD-RW с рабочим лазерным приводом. Также потребуется паяльный аппарат и отвертки, и можно мастерить станок для резки фанеры с ЧПУ.
Мастерим устройство для лазерной резки
Обратите внимание на то, что привод, подходящий для нашей самоделки, должен быть с пишущей способностью, ведь считывающий лазер задействует мощность наполовину, обеспечивая исключительно подсветку диска, не более. Прежде всего нужно аккуратно, без спешки достать лазерный резак из привода. Это достаточно простой процесс, но его выполнение требует повышенного внимания, так как работа будет кропотливой из-за обилия однотипных проводов и большого количества хрупких деталей.
Изъятие лазера
Сняв верхние крепежные элементы, вы увидите каретку с лазером, перемещающимся в двух направлениях. Чтобы освободить его с посадочного места необходимо открутить винтики и осторожно отсоединить вспомогательные разъемные механизмы. Далее при помощи паяльника извлекают красный диод, который прожигает обрабатываемый материал и является обязательным элементом самодельной лазерной резки. Сразу предупреждаем, что в процессе извлечения нужно умерить свой пыл и к этой детали относиться очень бережно, ни в коем случае не тряся ее и не роняя. Теперь необходимо определиться с местом его установки и обеспечением электропитания, ведь станок для лазерной резки в отличие от указки требует больше тока.
Замена диода
Пришло время замены родного диода лазерной указки на более мощный, тот, что был изъят из CD/DVD-RW привода. Как и при любой разборке, здесь необходимо четко соблюдать последовательность процесса. Итак, указку раскручивают и разделяют на две части. Деталь, требующая замены, обычно расположена в верхней части предмета. После удаления ненужного диода его место занимает новый и фиксируется при помощи клеящего состава. Если съем старого диода затруднен, то сделать это можно при помощи ножа или любого другого подобного инструмента, главное, не переусердствовать и не повредить нужную нам деталь.
Корпус
На следующем этапе изготавливают новый корпус, и здесь не нужны сложные чертежи и особые навыки. Чтобы обеспечить удобное использование лазера, а также без проблем снабдить его питанием и защитить от механических повреждений, можно использовать корпус от фонарика, что очень удобно. Так, верхняя модернизированная часть указки с лазерным лучом интегрируется в подобранный корпус и соединяется с питанием от аккумуляторных батареек, подключенным к диоду. При подключении питания очень важно не ошибиться с полярностью. Прежде чем приступить к сборке корпуса фонарика, оптика лазерной указки обязательно извлекается, иначе она будет препятствовать прямому прохождению лазерных лучей.
Питание
Отдельно хотелось бы остановится на создании элемента питания для диода, и здесь важно понимать, что оптимальным параметром подпитки будет 3V, при этом расход энергии составит около 200-400 мА. Нельзя допускать соединения кристалла с аккумуляторными батареями напрямую, иначе он будет безнадежно испорчен, поэтому во избежание поломки подпитку в данном случае обеспечивают через резистор. Существует несколько способов, по которым можно сделать корректную систему питания лазерного диода, и каждый из них предусматривает использование аккумуляторов.
Наиболее простой схемой является та, где задействован резистор, а в качестве источника питания выступают пальчиковые батарейки либо телефонный аккумулятор. Если говорить о недостатках такого метода, то они заключаются в неудобстве постоянной подзарядки батареи от телефона и непростым размещением аккумуляторов в устройстве, отчего гравировка будет сопряжена с некоторым неудобством.
Существует более сложный метод запитки, который стоит сделать при изготовлении стационарного оборудования для лазерной резки фанеры. В данном случае придется мастерить специальный драйвер. Эта небольшая плата сможет ограничивать силу тока и выдавать требуемую мощность. Здесь необходимо запастись переменным резистором на 100 Ом, двумя аналогичными устройствами на 10 Ом, диодом и конденсатором. Преимущество такой схемы заключается в том, что драйвер способен постоянно поддерживать необходимую электрическую мощность, не зависимо от типа источника питания и температурных показателей, и вы сможете резать фанеру без проблем. Несмотря на то, что эта схема может показаться довольно таки сложной, специалисты считают ее вполне доступной для домашней сборки.
Третий способ пользуется особой популярностью из-за его портативности. Вам потребуются две пальчиковые батарейки, обеспечивающие стабильное напряжение для питания лазерно гравировальной установки. Даже если аккумулятор будет значительно разряжен, система сохранит мощность, при которой может осуществляться гравировка. При полной разрядке источника питания схема прекратит свою работу, при этом лазер будет выдавать лишь слабое свечение. Такая схема при низком потреблении энергии может похвастаться КПД в 90%. Чтобы реализовать данную схему, вам потребуется микросхема типа LM-2621. Сюда подойдет дроссель, установленный в компьютере, на который необходимо намотать проволоку. Также плата снабжается диодом в 3А.
Подготовка к запуску
На заключительной стадии сборки станков для лазерной гравировки проводится тестирование системы и ее подготовка к запуску. Прежде чем ввести устройство в эксплуатацию, обязательно проконтролируйте надежность фиксации лазера, корректность соединения полярности проводки, а также обеспечьте лазеру ровную установку, без крена и перекоса. Совершив все эти нехитрые манипуляции, можно будет со всей уверенностью утверждать, что режущий гравировальный станок готов к работе. Теперь с его помощью лазерная резка фанеры будет выполнена максимально точно и аккуратно.
Исходя из простоты изложенного выше процесса, можно утверждать, что лазер для резки фанеры вполне под силу собрать даже начинающему технику. Чтобы результат был ожидаемым, а работа не обернулась неприятностями, необходимо строго соблюдать технологию сборки устройства и не пренебрегать правилами техники безопасности. Важно помнить, что лазерный луч всегда используется крайне осторожно, ведь он может нанести существенный вред здоровью человека или животного, особенно если речь идет о зрении. В остальном же самодельный аппарат позволит вам в домашних условиях резать фанеру и создавать из нее различные полезные вещицы, в том числе и декоративные интерьерные предметы, столь популярные в нынешнее время.
derevo-s.ru
Технология лазерной резки металла
Почему лазерная резка металла хоть и является дорогостоящей операцией, все равно очень востребована сегодня. Все дело в качестве реза и высокой скорости процесса. При этом резка металлов лазером практически проводится без отходов, потому что толщина среза очень тонкая. К достоинствам можно добавить ровные кромки, которые практически не требуют механической доработки, разрезаемые металлические заготовки не подвергаются деформации (только незначительно нагреваются участки, прилегающие к зоне реза). По сути, с помощью лазерной резки получается уже готовое изделия, которое можно использовать в дальнейшем по прямому его назначению.
Технические характеристики проводимого процесса:
- скорость резки металлов: 0,167-12,5 м/с;
- отклонение деталей он нормативных размеров: 0,05-0,2 мм;
- ширина среза сталей толщиною 0,5-5 мм: 0,1-0,3 мм;
- может на кромках оставаться небольшой слой срезанного металла, который легко отделяется.
Лазерной резкой металлов можно резать любые металлические профили: листы, трубы, уголки и прочее. К тому же резке подвергаются металлические изделия, изготовленные по разным технологиям: литье, штамповка, прокат и так далее. От толщины заготовки зависит мощность используемого лазера. К примеру, чтобы разрезать деталь толщиною 12-15 мм, необходим лазер мощностью 1,5 кВт. Для резки заготовки толщиною 4-5 мм требуется лазер мощностью 0,5 кВт. При этом нет необходимости зачищать металлические заготовки, то есть подготавливать их к процессу. Единственное – это удаление антикоррозионной смазки, которую наносят в заводских условиях на некоторые профили.
Технология лазерной резки металлов
Процедура резки достаточно проста. Лазер – это тонкий луч, который на металлической заготовке образует точку. Металл на этой точке быстро нагревается до температуры плавления и начинает закипать, а затем испаряться. Если режется тонкий металлический элемент, то это происходит именно так. С толстыми деталями немного сложнее, потому что большое количество металла не может испаряться. Поэтому в технологию добавляют газ, который выдувает расплавленный металл из зоны реза. В качестве газа можно использовать кислород, азот, любой инертный газ или обычный воздух.
Виды лазерной резки
В основе технологического процесса лежат несколько элементов, которые и определяют процесс резки металлов лазером. А именно:
- источник энергии;
- рабочий элемент, который и образует лазерный поток;
- блок, в состав которого входят специальные зеркала, такой прибор называется оптический резонатор.
Именно рабочий элемент и создает классификацию лазерных установок, в которых сам режущий инструмент разделяется по мощности.
- Мощностью не больше 6 кВт – называются твердотельными.
- 6-20 кВт – это газовые.
- 20-100 кВт – газодинамические.
К первой позиции относятся технологии, в которых используется твердое тело: рубин или специальное стекло с добавками флюорита кальция. Такие лазеры могут создать мощный импульс буквально за несколько долей секунд, к тому же они работают как в импульсном режиме реза, так и в непрерывном.
Вторая позиция – это лазер на основе газовой смеси, которая нагревается электрическим током. Электроэнергия придает направленному потоку газов монохромность и направленность. В состав смеси входят углекислый газ, азот и гелий.
Третья позиция – это также газовый лазер на основе углекислого газа. Газ нагревают и пропускают через узкий проход, где он остывает и расширяется одновременно. При этом выделяется огромная тепловая энергия, которая и режет металл большой толщины. Точность реза высокая, потому что данный вид лазера обладает большой мощностью. При этом расход энергии луча небольшой.
Режимы резки
Параметров, которые влияют на резку, достаточно много. Это и скорость проводимого процесса, и мощность лазера, его плотность, фокусное расстояние, диаметр луча, состав излучения, вид и марка разрезаемого металла. К примеру, низкоуглеродистые стали режутся быстрее, чем нержавейка, почти на 30%. Если кислород заменить обычным воздухом, то скорость реза снижается почти в два раза. Скорость резки алюминия лазером мощностью 1 кВт составляет в среднем 12 м/с, титана – 9 м/с. Эти показатели соответствуют технологии, в которой применяется кислород.
Выбирая определенный режим резки, необходимо понимать, что от выбранных параметров будет напрямую зависеть и качество реза. Оно характеризуется точностью вырезанной детали, шириною реза, шероховатостью поверхности образованных кромок, их ровностью, наличием на них оплавленного металла (грата), зоной температурного влияния лазера (глубиною). Но, как показывают исследования, на качество больше всего влияет скорость резки и толщина заготовки.
Для примера можно привести показатели качества лазерного процесса, который производился при мощности 1 кВт, с использованием кислорода, газ подавался в зону резки под давлением 0,5 МПа. При этом диаметр сфокусированной точки составлял 0,2 мм.
| Толщина заготовки, мм | Оптимальная скорость резки, м/с | Ширина реза, мм | Шероховатость кромок, мкм | Неперпендикулярность, мм |
| 1 | 10-11 | 0,1-0,15 | 10-15 | 0,04-0,06 |
| 3 | 6-7 | 0,3-0,35 | 30-35 | 0,08-0,12 |
| 5 | 3-4 | 0,4-0,45 | 40-50 | 0,1-0,15 |
| 10 | 0,8-1,15 | 0,6-0,65 | 70-80 |
Есть еще один параметр резки металлов при помощи лазера – это точность. Определяется она в процентном соотношении и зависит от качества самого технологического процесса. Требования к данному параметру основываются на толщине разрезаемой детали и на том, для каких нужд данная заготовка будет использована. Что касается толщины, то погрешность может составлять 0,1-0,5 мм, если лазером разрезается металлический профиль толщиною до 10 мм.
Преимущества и недостатки лазерной технологии
Лазерная резка металла имеет ряд весомых преимуществ перед другими видами резки. Вот несколько ее достоинств.
- С помощью лазера можно резать достаточно широкий диапазон толщины металлических изделий: медных – 0,2-15 мм, алюминиевых, 0,2-20 мм, стальных - 0,2-20 мм, из нержавеющей стали – до 50 мм.
- Полное отсутствие контакта режущего инструмента с разрезаемым металлом. А это открывает возможности работать с хрупкими и легко деформирующими заготовками.
- Просто получаются изделия с замысловатыми формами. Особенно, если резка производится на станке с компьютерным обеспечением. Нужно просто в блок управления загрузить чертеж будущей детали, и оборудование само разрежет его с большой точностью.
- Высокая скорость процесса.
- Если необходимо изготовить металлическую деталь небольшой партией, то именно лазерная резка может заменить такие сложные технологические процессы, как штамповка и литье.
- Минимум отходов и чистота среза – это снижение себестоимости производимых металлических деталей, что влияет на снижение конечной цены изделия.
- Универсальность самой лазерной технологии, с помощью которой можно решать достаточно сложные поставленные задачи.
Если говорить о недостатках лазерной резки, то их не так много. Главный недостаток – это высокое энергопотребление, поэтому данный процесс самый дорогостоящий на сегодняшний день. Хотя если сравнивать со штамповкой, которая также отличается минимальными отходами и высокой точность и качеством конечного продукта, то, учитывая изготовление оснастки, можно сказать, что лазер будет-то дешевле. И второй недостаток – ограничения резки по толщине. Все-таки 20 мм – это низкий предел.
Оборудование
Установки лазерной резки (см. фото) с твердотельным элементом состоят из лампы накачки и рабочего тела. Первая необходима для того, чтобы аккумулировать световой поток и передать на искусственный рубин излучение требуемых параметров.
Газовые установки – это более сложная конструкция, в которой газы проходят через электрическое поле. Здесь они заражаются и начинают излучать свет монохроматического типа (постоянная длина и частота световой волны). Прокачка газов может производиться в установках продольно или поперечно. Большое распространение сегодня получили щелевидные модели, которые обладают большой мощностью. При этом они очень компактны и просты в эксплуатации.
Газодинамические установки – самые дорогие. В них и процесс образования лазера сложен. Сначала газы нагреваются до температуры 2000-3000С. После чего их прогоняют с огромной скоростью через сопло, где газовый поток сужается и уплотняется. Далее, его остужают. Такой лазер обладает большой мощностью.
Если посмотреть видео, как работает каждая из вышеописанных установок, то сказать, к какому виду она относится, практически невозможно. Необходимо знать чисто конструктивные особенности аппаратов. Но все виды лазерного оборудования обязательно в своем составе имеют одинаковые элементы. А именно:
- Система, с помощью которой получается лазерное излучение. В него входят зеркала, оптические элементы, сопло для сужения потока газов, механизм, подающий газы в установку.
- Излучатель, резонатор.
- Система контроля над процессом образования лазера и настройки параметров.
- Блок перемещения режущего инструмента и заготовки.
Как уже было сказано выше, оптимальные условия использования лазерного оборудование – это производство металлических изделий небольшими партиями. При этом специалисты говорят о том, что резать лазером лучше заготовки толщиною не больше 6 мм. Потому что срез получается высокого качества при большой скорости процесса. На кромках не образуется окалины, что позволяет передавать изделия на следующий этап изготовления без предварительной обработки.
Область реза (кромки) у заготовок толщиною до 4 мм получается ровной, прямолинейной и гладкой. У более толстых заготовок кромки могут иметь погрешность в размере. Необходимо отметить, что, делая отверстие в металлической детали, нужно понимать, что внешний диаметр будет немного меньше внутреннего.
Обязательно ознакомьтесь с видео, размещенном на этой странице сайта, где показан процесс лазерной резки.
Поделись с друзьями
2
0
0
0
svarkalegko.com
Компактный станок лазерной резки
Установки лазерной резки типа LASER-JET от компании KNUTH зарекомендовали себя в самых различных отраслях промышленности как в серийном, так и штучном производстве. Занимая небольшое пространство, их использование является чрезвычайно универсальным, управление ими - эргономичным, они очень экономны. На станке могут быть использованы как волоконный лазер, так и СО2 лазер с соответствующей мощностью луча.
Волоконный лазер в данный момент приобретает растущую важность при резке металлических листов. Особые преимущества он показывает при резке сильно рефлекторных материалов, как, например, специальные стали, алюминиевые материалы и сплавы меди. Луч данного лазера с длинной волны в десять раз короче, чем у СО2 лазера, лучше фокусируется и сильнее абсорбируется металлическими материалами. При этом при выборе лазера LASER-JET с волоконным лазерным источником Вы можете выбрать мощность лазера в зависимости от применения в диапазоне от 0,5 до 4 кВт.
Лазерная резка волоконным лазером требует наличия защитного корпуса с оптической плотностью для длины лазерных волн в 1 микрометр. В этих целях на раму станка, который в случае СО2 лазером может работать с открытым верхом, дополнительно ставится корпус без необходимости изменения конструкции и режима работы станка. Узел корпуса состоит из множества компонентов, верхних элементов, которые опционально могут сдвигаться друг в друга для загрузки рабочей поверхности, из задней стенки с вручную закрывающимися дверями, и двух фронтальных элементов, которые станок поднимает самостоятельно при его запуске в работу. При запуске процедуры резки корпус закрывается автоматически. Благодаря соответствующим сенсорам закрытие корпуса ЧПУ-система контролирует самостоятельно. Только после закрытия рабочего пространства начинается процедура резки. По окончании задания корпус снова открывается, также автоматически, и Вам предоставляется прямой доступ к рабочей поверхности разрезаемого материала.
| Фото 1 Станок для лазерной резки LASER-JET 2512 FL 2000: компактная укомплектованная система для универсального использования с защитным корпусом для резки при помощи волоконного лазера, на рисунке с опущенными фронтальными элементами (фото: KNUTH Werkzeugmaschinen GmbH) |
Волоконные лазеры, которые почти не нуждаются в техническом обслуживании, делают работу со станком для лазерной порезки очень простой. Система передачи луча к лазерной головке также не нуждается в техническом обслуживании благодаря надежному волоконному кабелю подачи света. Кроме этого, волоконный лазер отличается существенно более высоким КПД, поэтому затраты на энергию на каждую произведенную поверхность среза являются ниже, чем у СО2 лазера. В конечном счете, износ линз меньше, поскольку в лазерной головке используются легко заменяемые защитные стекла, которые защищают линзу от брызг и частиц дыма из разрезаемого материала.
Для волоконных лазеров с мощностью луча до 2 кВт существует возможность выбора между двумя лазерными головками различной ширины выгорания (смотрите фото 2). Головка с более длинной шириной выгорания в 200 мм является универсальной. Данная головка имеет ширину реза, незначительно увеличенную по сравнению с головкой с более короткой шириной выгорания в 125 мм, но отличается чрезвычайно стабильным процессом резки. Лазерная головка с менее длинной шириной выгорания в 125 мм оптимизирована для реза диапазона листового металла до 5 мм. При ее использовании достигается наивысшее качество разреза, при этом разрез является существенно уже. Для мощности лазера в более чем 2 кВт лазер LASER-JET оснащается головкой более объемной конструкции, которая предоставляет возможность смены между двумя ширинами выгорания при помощи кассет с линзами.
| Фото 2 Лазерная головка LASER-JET, тип LIGHTCUTTER с фиксированной порезочной линзой шириной выгорания в 125 мм (фото: KNUTH Werkzeugmaschinen GmbH) |
Станок LASER-JET с 2 кВт волоконным лазером является на сегодняшний день самой востребованной установкой для лазерной резки от компании KNUTH. С ее помощью можно безупречно резать нелегированные и низколегированные конструкционные стали до толщины в 10 мм. Преимуществом по сравнению с другими термическими процессами резки при резке лазером является то, что лазером можно резать материал с габаритами, которые являются существенно меньшими толщины материала и что зона воздействия тепла вдоль поверхности разреза составляет всего малые десятые доли миллиметра. И уже при помощи всего лишь 2 кВт мощности луча можно разрезать листы конструкционной стали до 16 мм, если допустимы незначительные ограничения по качеству реза.
| Фото 3 Вырезанные лазером фланцевые кольца из конструкционной стали с отверстиями в 5 мм. А) фланец с 10 мм толщиной после пескоструйной обработки (слева) Б) стопка фланцев с толщиной в 1, 2, 4, 5, 6, 8 и 10 мм (справа) (фото: KNUTH Werkzeugmaschinen GmbH) |
| Фото 4 Вырезанные детали из нержавеющей специальной стали толщиной в 2 мм: высокое качество реза и сложные контуры. (фото: KNUTH Werkzeugmaschinen GmbH) |
Нержавеющая специальная сталь может быть порезана с очень высоким качеством реза при помощи 2 кВт лазера до толщины листа в 6 мм. По причине того, что при этом используется азот в качестве режущего газа, поверхность среза является чистой, и нижние края разреза не имеют заусенцев. В случае с тонкими листами существует возможность достижения очень высоких скоростей реза - более чем 10 м/мин. С другой стороны, существует возможность создания очень сложных разрезочных контуров с острыми краями и узкими стойками (смотрите фото 4), а также имеется возможность разрезать толстые листы специальной стали до толщины в 12 мм с чистыми разрезами (смотрите фото 5). Однако следует учесть возможность возникновения на нижних краях разреза заусенец, которые необходимо удалить в последующем после лазерной резки рабочем процессе. В том случае, если необходимо разрезать еще более толстый материал, станок LASER-JET необходимо оснастить волоконным лазером с большей мощностью луча в 3 или 4 кВт.
Станки для лазерной порезки типа LASER-JET создавались согласно следующим критериям:
- Эргономическая конструкция для быстрого ручного оснащения материалом и легкого вынимания разрезаемых деталей (мост станка ориентирован параллельно к длинной оси движения, тем самым имеется доступ к рабочей поверхности с обеих продольных сторон).
- Понятный пользовательский интерфейс с интегрированным технологическим банком данных для быстрого, гибкого создания задания для резки и легкого управления,
- Чрезвычайно компактная конструкция, благодаря которой станок нуждается в небольшой площади для монтажа, при этом предъявляются невысокие требования к месту установки.
На основании данных критериев станок LASER-JET предназначен для обработки заказов очень экономически эффективным способом. Необходимые детали могут создаваться в индивидуальном режиме и изыматься напрямую из станка. При этом материал, использованный один раз, может быть временно отодвинут в сторону и позднее снова поставлен на место для дальнейшей обработки. Благодаря этому остатки материала могут быть использованы для следующих задач- тем самым достигается очень высокая степень использования материала.
| Фото 5 Вырезанные детали из нержавеющей стали: наивысшее качество резки на 1 мм листе и чистый разрез на 8 мм толщине. (фото: KNUTH Werkzeugmaschinen GmbH) |
По сравнению с волоконным лазером лазер СО2 является инструментом с многосторонним применением. По причине длины волн в 10,6 микрометров станок LASER-JET с насадкой СО2 лазера является пригодным для резки не только металлов, но и для резки природных материалов, для древесины и большого количества различных полимеров, пенообразных или волокнистых материалов. В случае, например, акрилового стекла, существует возможность резки деталей с толщиной пластины в 30 мм с полностью чистой поверхностью разреза. До этой толщины также разрезается и древесина. В случае с нелегированной и низколегированной конструкционной сталью достигается высокая мощность разреза листового металла до 8 мм уже при мощности луча в один киловатт.
На станке LASER-JET используются СО2 лазеры с мощностью луча в 600 Вт, 1000 Вт или 1500 Вт. Станок LASER-JET с 1 кВт СО2 лазером является станком, который на данный момент из серии станков СО2 – лазером с чаще всего производится заводом KNUTH и востребован покупателями, так как для его многостороннего применения он является особо доступным для приобретения. По той причине, что луч СО2 лазера не может быть передан через одно волокно, а нуждается в оптическом лучевом пути с отражательными зеркалами, затраты на техническое обслуживание по чистке зеркал и линзы является более высокими по сравнению с оптоволоконным лазером. Однако плюсом является то, что такой станок может работать открытым, при этом защитное окно, которое автоматически выводится вверх при начале резки, предоставляет достаточно защиты оператору. Благодаря этому Вы можете напрямую наблюдать за процедурой порезки и, при необходимости, оптимизировать ход порезки посредством корректировки порезочных параметров.
| Фото 6 Станок лазерной резки LASER-JET с установленным на станке СО2 лазером (фото: KNUTH Werkzeugmaschinen GmbH) |
Компактный станок лазерной резки предлагается в версиях LASER-JET 1512 и LASER-JET 2512, рабочие поверхности которых составляют 1500 мм х 1250 мм, либо 2500 мм х 1250 мм. В качестве опции станок LASER-JET может быть также оснащен поворотным механизмом для реза труб с круглым или прямоугольным сечением, которая подвешивается в рабочем пространстве. С помощью этого механизма можно обрабатывать трубы длиной в 1 м или 2 м. Для более больших форматов листового металла мы предлагаем серию станков для лазерной резки LASER-JET HD, с помощью которых Вы может резать металлические листы до максимальной длины в 18 метров и ширины в 3 метра. Станок LASER-JET является частью большой семьи станков для резки, которые предлагаются компанией KNUTH Werkzeugmaschinen GmbH: установки для лазерной резки с системами стол-челнок и с мощностью луча до 6 кВт, установки для резки водной струей и установки для резки плазменной струей.
knuth-industry.ru
Принцип работы станков лазерной резки | RuAut
Процесс лазерной резки легко автоматизировать. В состав автоматизированного станка для лазерной резки входят: лазер с источником питания, тракт передачи излучения в зону обработки, система управления. По механизму воздействия на материал лазерный луч аналогичен газовому пламени и плазменной дуге. Это тепловой источник. Однако концентрация его мощности на несколько порядков выше и составляет 100 000 ... 10 000 000 Вт/кв.см. Благодаря этому, обеспечивается высокая скорость резки, получение узкого разреза, минимальная протяженность зоны термического влияния, отсутствие деформации и крапления.
Сущность лазерной резки состоит в расплавлении, разложении или испарении материала и удалении продуктов разрушения из канала реза. При работе станка лазерной резки в режиме испарения поверхность материала разогревается до температуры кипения и вещество из канала реза удаляется в парообразном состоянии. Механизм испарения характерен для материалов у которых удельная энергия испарения мало отличается от удельной энергии плавления. И как правило реализуется реализуется при облучении короткими импульсами с высокой плотностью мощности. Лазерная резка в режиме плавления характерна для металлов при действии на них непрерывного излучения. Для удаления расплава в зону обработки станка лазерной резки подается струя газа. Этот режим при низких скоростях резки характеризуется периодическим протеканием процесса образования и удаления расплава. Качество реза при этом невысокое. Увеличение скорости резки переводит процесс в стационарный режим. Качество реза в стационарном режиме повышается. Подача кислорода в зону обработки при резки например низкоуглеродистых сталей или титана за счет энерго вклада эзотермической реакции горения позволяет увеличить скорость резки в 1.5 ... 2 раза. При резке ряда полимерных материалов возможно образование слоя угля на кромках резки. Его толщина может быть значительно снижена при использовании нейтрального газа. Для подачи газа в зону лазерной резки применяют специальные сопла. При сверхзвуковых скоростях потока у кромки детали может появиться скачок уплотнения, ограничивающий скорость газа в канале реза. Оптимальное давление обеспечивающее максимальную кинетическую энергию потока составляет около 0.2 МПа. Существенное влияние на производительность процесса и качество работы станка лазерной резки оказывает распределение плотности мощности лазерного пучка. Оптимальным распределением плотности мощности считается нормальное или гауссовое. Важное значение имеет ориентация плоскости поляризации лазерного луча, определяемое положением вектора напряженности электромагнитного поля относительно направления резки. Максимальная скорость лазерной резки, минимальная ширина зоны термического влияния и параллельность кромок достигаются при совпадении плоскости поляризации и направления резки, когда энергия выделяется в основном только на лобовой поверхности резки. Поэтому при резки металлов по сложному контуру, поляризация должна быть или круговой или линейной, плоскость которой синхронно поворачивается с изменением траектории движения. С увеличением мощности лазерного излучения глубина прорезания увеличивается, достигая 10-12 мм для металлов. И 50-60 мм для неметаллических материалов. Поэтому наиболее эффективна лазерная резка при изготовлении деталей сложного контура из листовых материалов, соответствующих диапазону толщин. В станках лазерной резки применяются твердотельные лазеры периодического действия, газовые лазеры непрерывного действия, твердотельные лазеры непрерывного действия. От декоративных элементов садовых домиков до разнообразных деталей современных машин, таков диапазон применения станков лазерной резки.
ruaut.ru
Лазер для резки металла своими руками
Промышленные технологии не перестают поражать воображение даже видавших виды специалистов, а самодеятельных мастеров, и подавно. А ведь, действительно, кто бы отказался от домашнего настольного мини-пресса для литья изделий из металла, высокоточных мини-резаков на основе лазерных технологий или настольной мини-лаборатории для приготовления высокооктанового бензина из использованной жевательной резинки. Не все и не всегда реализуемо, но, изучая технологии, умелыми руками можно достичь определенных результатов. Но сегодня мы поговорим о лазерной обработке металлов резанием.
Содержание:
- Технология резки металла лазером
- Станок для резки металла лазером
- Функции газа в станке
- Схема и виды ручного лазера для резки металла
Технология резки металла лазером
Лазерная резка металлов — это одна из самых передовых и дорогостоящих технологий, какие только существуют для обработки металлов. Применив лазер для резки металла своими руками можно получить невиданные, фантастические результаты, недоступные, или почти недоступные, ни одним другим видам обработки металла. Совершенно неограниченные возможности лазера обусловлены тем, что его луч практически не знает границ и способен передавать в любом материале практически любую задумку, которую только можно себе представить.
Технология обработки металлов лазером основана на характеристиках лазернoго луча, а это:
- Четкая направленность.
- Монoхроматичность.
- Кoгерентность.
- Мощность.
За счет того, что лазерный луч, в отличие от света, имеет идеальную направленность, его энергия способна фокусироваться с минимальными потерями в определенной точке. По способности к точной фокусировки лазерный луч в десятки тысяч раз выигрывает у самого мощного светового прожектора.
А ведь учитывая тот факт, что и световой луч несет определенную энергию, ощутимую физически, можно только представить какой энергией обладает лазерный луч, собрав всю ее в одну точку и приложив к маленькому участку плоскости.
Лазерный луч имеет еще одно очень важное отличие от луча света — монохроматичность. Это значит, что с точки зрения оптической физики, лазер имеет строго определенную и жестко фиксированную длину волны и такую же постоянную частоту. Поэтому сфокусировать его не предоставит труда даже обычным оптическим линзам. Когерентность лазера — соглaсованное протекание во времени нескольких волновых процессов, имеет высокий уровень, а это говорит о том, что резонансные колебания лазерного луча могут усилить его энергию в несколько раз.
Благодаря этим свойствам, лaзерный луч может быть сфокусирован на минимально возможной площади материала, создавая при этом высочайшую плотность энергии. Такой энергии, как выяснилось, достаточно для прожига или разрушения металла или другого материала на микроскопическом участке плоскости, вплоть до плавления любого материала, который способен плавиться.
Станок для резки металла лазером
На самом деле, не так все просто, как в теории, поскольку существуют некоторые физические силы, которые могут ослабить энергию лазерного луча, к тому же у каждого из материалов существуют свои собственные свойства по поглощению излучения и его отражающим способностям. Каждый металл может по-разному распространять поглощенную энергию в силу индивидуальных свойств по теплопроводности.
Если учесть все эти нюансы и настроить лазерный луч таким образом, чтобы область облучения металла лазером расплавилась как минимум, только в этом случае можно говорить об обработке металла резанием при помощи энергии лазерного луча. В процессе обработки металл подвергается двум фазам воздействия:
- Плавление.
- Разрушение, закипание.
Поэтому для металлoв разной толщины и разной структуры могут быть применены разные способы обработки. Один металл на определенном станке может просто плавиться, и этого будет достаточно, чтобы отделить одну часть заготовки от другой, а другому металлу будет необходимо выпаривание, то есть закипание и только потом он уже сможет испаряться. Обработка металла испарением практикуется крайне редко, поскольку для этого необходимы колоссальные затраты энергии. Практически же все станки по обработке металла выполняют ее по технoлогии плавления.
Именно для этих целей, сокращения используемой энергии, в станке по лазерной обработке металлов применяется катализирующий газ. Он также помогает увеличить толщину обрабатываемого металла. Для работы с металлом при помощи лазера практически во всех станках используется один из этих элементов:
- кислород;
- обычный воздух;
- инертные газы;
- азот.
Это уже будет газолазерный станок по обработке металлов.
Функции газа в станке
В условиях атмосферы применение такого станка без газа фактически сводит к нулю всю его энергию, о чем мы говорили выше, поэтому использование газа, как вспомогательного вещества, существенно ускоряет процесс резки и делает применение станка для резки металла лазером еще более универсальным. Обычный кислород при обработке металла может выполнять ряд важнейших функций:на начальном этапе резки он окисляет металл, что снижает его отражающие свойства;кислород поддерживает горение металла под воздействием мощного лазерного луча, а дополнительное тепло усиливает действие луча, повышая скорость резки металла лазером;при помощи кислорода под давлением снимается и удаляется из области обработки остатки материала и продукт его горения, что облегчает доступ газа к новой области обработки.
Схема и виды ручного лазера для резки металла
Любые лазеры для резки металла будут выполнены из таких главных узлов:
- Источника энергии.
- Рабочего органа, излучающего энергию.
- Оптоусилитель, системы зеркал, оптоволоконный лазер, которые повышают и усиливают излучение рабочего органа.
В промышленности применяются два вида лазерных головок — твердотельная и газовая, которые могут быть нескольких видов. Рабочий орган, излучатель энергии размещен в энергоосветительных камерах, где активным телом может быть рубиновый прут, неодимовые пластины или алюмоиттриевые гранаты, легированные иттрием. В результате большого числа отражений луча, проходит накачка лазера энергией и луч вырывается через полупрозрачное стекло.
Обычный лазер резки металла цена которого доступна для крупного предприятия, может иметь мощность в пределах 5 кВт. В таких небольших лазерных станках применяются системы с продольной прокачкой газа, где газ или смесь газов пропускается под давлением через электрогазоразрядную головку, в которую подается электричество для энергетического возбуждения газа.
Таким образом работает простой газолазерный станок для резки металлов, с помощью которого может выполняться практически любая работа по обработке металла резанием.
Читайте также Цинкование металла в домашних условиях
nashprorab.com
