Лазерная резка - популярный изготовление металлоконструкций технология. Для резки заготовки (материала) используется мощный, сфокусированный лазерный луч. Современные лазерные резаки используют технологию ЧПУ, что повышает их точность. Интересно, что существуют различные виды лазерной резки. Каждый метод отличается от других по многим параметрам.
Некоторые из них идеально подходят для резки металлов, а другие - для неметаллов. Кроме того, методы лазерной резки различаются по стоимости и цене. Понимание принципов лазерной резки очень важно, особенно если вы занимаетесь производством металлических изделий. В этой статье мы рассмотрим все тонкости и нюансы этих методов лазерной резки.
Основы технологии лазерной резки
В одной из предыдущих статей я рассказывал о основы технологии лазерной резки и принципы его работы. Если вы новичок, я настоятельно рекомендую сначала прочитать эту статью. Она поможет вам легче разобраться в типах лазеров. Давайте сделаем краткий обзор этой технологии.
Лазерная резка - это передовая технология, в которой используются высокоэнергетические, высокосфокусированные лазерные лучи. Эти лазерные лучи направляются в нужную точку. Поскольку энергия этих лазеров очень высока, они могут легко расплавить металл или материал. Таким образом, лазеры эффективно создают надрезы в материале.
В прошлом лазерная резка была более ручным процессом. Оператор должен был использовать лазерную головку и направлять лазер на материал. Однако современные станки для лазерной резки оснащены системами ЧПУ. Эти станки используют компьютеризированные инструкции, подаваемые операторами для резки материалов. Лазерная головка движется в соответствии с направлением автоматизированной системы.
Благодаря внедрению ЧПУ лазерная резка стала бесконтактным процессом. Вам не нужно держать лазерную головку или беспокоиться о выравнивании заготовки. Лазерные станки настолько совершенны, что сами обо всем позаботятся. Все, что вам нужно сделать, - это подать правильные компьютерные или G-кодовые инструкции. Лазерная головка будет двигаться и резать материал.
Виды лазерной резки
Как я уже говорил, методы резки различаются по многим параметрам. К ним относятся скорость, стоимость, совместимость с материалом и другие факторы. Ниже мы рассмотрим все популярные виды резки. лазерная резка. Итак, давайте покопаемся!
1- CO₂ Лазерная резка
Этот метод лазерной резки очень популярен среди малых и средних предприятий. Для его работы используется смесь различных газов. В состав смеси входят углекислый газ (CO₂), азот и гелий. Кроме того, некоторые вспомогательные газы, например азот, также используются для очистки зоны резки.
Эти вспомогательные газы также сдувают обломки, образующиеся в результате резки. Для работы этого метода необходима электрическая энергия. Эта энергия возбуждает смесь газов. В результате образуется мощный лазерный луч. Однако этот луч не очень сфокусирован и не очень концентрирован. Под лазерной головкой этот лазер обращен к нескольким зеркалам и линзам.
Эти линзы делают лазеры более сфокусированными и концентрированными. В результате лазерный луч попадает в нужную точку и расплавляет поверхность материала. Энергия этих лучей настолько высока, что может даже испарять материалы. Метод лазерной резки CO₂ идеально подходит для неметаллических материалов, таких как дерево, кожа, стекло и пластик.
Если использовать его для резки металлов или отражающих материалов, его эффективность и производительность в значительной степени снизятся. Вот таблица, показывающая плюсы и минусы лазерной резки CO₂:
| Плюсы | Cons |
| Высокая точность, | Не для толстых/отражающих металлов |
| Работает со многими неметаллами. | Медленнее на металлах |
| Отлично подходит для гравировки | Габаритные размеры машины |
| Ровные, чистые срезы. | Нуждается в частом обслуживании |
| Более низкая стоимость по сравнению с волоконными лазерами, | Повышенное энергопотребление |
2- Волоконно-лазерная резка
Волоконная лазерная резка - это более продвинутый и совершенный вариант, чем CO₂ лазерная резка. В ней не используется смесь различных газов для получения лазера. Вместо этого для создания лазера используется усиление света. Сначала энергия подается на материал (волокно). При добавлении энергии в волокно возбуждаются атомы этих материалов.
При возбуждении атомов выделяется энергия в виде фотонов. Интересно, что эти фотоны не неподвижны, а отскакивают от лазерных установок. Их движение или столкновение фотонов приводит к дальнейшему возбуждению других атомов. Это приводит к стимулированному излучению энергии. Лазерные установки состоят из двух зеркал, в которые фотоны попадают случайным образом.
Одно зеркало частично удаляется, и энергия в виде лазерного луча выходит из машины. Этот лазерный луч направляется в нужное место на материале. Поскольку лазер обладает очень высокой энергией, он плавит и режет материалы. В отличие от лазерной резки CO₂, этот метод позволяет легко резать металлы и отражающие материалы.
Лазер обладает отличной режущей способностью, что позволяет ему разрезать прочные материалы. К ним относятся нержавеющая сталь, алюминий, латунь и другие. Технология особенно эффективна при работе с прецизионными компонентами, такими как Трафареты для СМТ. Однако при резке неметаллов, таких как дерево или стекло, он может работать немного медленнее. Первоначальная стоимость волоконно-лазерной резки очень высока, что является ее недостатком. Однако я все равно считаю этот метод более экономичным.
Вот таблица, показывающая плюсы и минусы волоконно-лазерной резки:
| Плюсы | Cons |
| Быстрая и точная резка металла, | Не подходит для неметаллов |
| Может резать отражающие металлы. | Более высокая стоимость оборудования |
| Не требует особого ухода, | Требуется обученный оператор |
| Потребляет меньше электроэнергии. | Настройка и обучение требуют времени |
| Длительный срок службы лазера, | Не идеально подходит для небольших или хобби-проектов |
3- Лазерная резка кристаллов
Этот метод лазерной резки более мощный, но менее долговечный, чем волоконный или CO2-лазер. В нем используются твердотельные кристаллы для генерации лазерных лучей. К таким распространенным кристаллам относятся:
- Nd: YVO (ортованадат иттрия, легированный неодимом)
- Nd: YAG (легированный неодимом иттриево-алюминиевый гранат)
Эта высшая энергия поступает в кристаллы. В результате атомы внутри этих кристаллов поглощают энергию. В результате электроны этих атомов переходят в более высокое энергетическое состояние. Когда эти электроны возвращаются обратно, они высвобождают большое количество энергии в виде фотонов.
Эти фотоны сталкиваются с зеркалами внутри лазерной трубки и многократно отражаются от них. В результате они возбуждают другие электроны, которые затем высвобождают энергию в виде фотонов. Эта цепная реакция продолжает генерировать больше фотонов, что приводит к появлению лазерных лучей с более высокой энергией. Этот лазерный луч затем направляется на материал, разрезая его.
Интересно, что этот метод резки обеспечивает мощный луч с высокой плотностью мощности. Поэтому он может разрезать самые прочные материалы, такие как металлы и керамика. Станки для резки кристаллическим лазером менее прочны и имеют меньший срок службы, чем методы с волоконным и CO2-лазером. Ниже приведена таблица, в которой указаны их основные преимущества и недостатки:
| Плюсы | Cons |
| Очень точная резка, | Более короткая продолжительность жизни |
| Режет твердые материалы, | Высокая стоимость |
| Отлично подходит для работы с мелкими деталями, | Чувствительность к теплу/влажности |
| Высокая мощность при небольших размерах, | Сложная установка |
| Низкий уровень теплового повреждения в импульсном режиме, | Менее энергоэффективны |
4- Прямая диодная лазерная резка
В этом типе лазерной резки используется крошечный компонент, известный как лазерный диод. Он представляет собой полупроводник и помогает эффективно создавать мощные лазерные лучи. Сначала в эти диоды поступает ток. Он обеспечивает энергией атомы диодов. В результате электроны этих атомов поглощают энергию и переходят в более высокое энергетическое состояние.
Возвращаясь в состояние с более низкой энергией, они высвобождают энергию в виде фотонов. Эти фотоны вызывают стимулированное излучение энергии, возбуждая другие атомы. В результате получаются мощные лазерные лучи. Интересно, что используемые лазерные диоды имеют одно зеркало с одной стороны. Это частичное открытие зеркала позволяет лазеру выходить наружу.
Как только лазеры выходят, они направляются на материал и эффективно его разрезают. Этот тип лазерной резки подходит для резки тонкого материала. Однако он не сможет разрезать слишком толстый или плотный материал. Что мне нравится в этом методе резки, так это очень низкое потребление энергии. Он широко используется в лазерной маркировке, пайке и текстурировании поверхности.
Здесь приведена таблица, показывающая плюсы и минусы прямой диодной лазерной резки:
| Плюсы | Cons |
| Высокая энергоэффективность, | Не идеально подходит для толстых металлов |
| Компактный и легкий, | Низкая выходная мощность |
| Не требует особого ухода, | Ограниченный ассортимент материалов |
| Быстрая обработка тонких материалов, | Более слабое качество балки |
| Снижение эксплуатационных расходов, | Малая глубина резания |
Типы лазерной резки в зависимости от метода резки
В предыдущем разделе я рассказал о различных типах лазерной резки. Эти типы отличаются друг от друга по источнику лазерного излучения. Например, при лазерной резке CO2 в качестве источника лазера используется смесь различных газов. Аналогично, при волоконно-оптической лазерной резке в качестве источника лазера используется оптическое волокно.
Кристаллы и DDL используют твердотельные кристаллы и крошечные диоды для генерации лазеров, соответственно. Верно? Однако некоторые виды лазерной резки зависят от метода, используемого для резки материала. Например, некоторые методы лазерной резки используют тепло для расплавления материала, что обеспечивает точную резку. С другой стороны, другие типы лазеров не расплавляют материалы.
Вместо этого они испаряют целевой участок, чтобы разрезать материал. В этих методах лазерной резки используются вышеупомянутые типы лазеров. Ниже приведена таблица, показывающая типы лазерной резки в зависимости от того, как они режут материал:
| Метод лазерной резки | Как каждый метод разрезает материал или заготовку | Используемые типы лазеров |
| Лазерная резка Fusion | Плавит материал; расплавленный металл выдувается газом | Волоконный лазер, CO₂ лазер |
| Испарительная лазерная резка | Испарение материала непосредственно в газ - без плавления материала | CO₂ лазер, Nd:YAG лазер |
| Удаленная лазерная резка | Плавит тонкий материал, используя только луч (без вспомогательного газа) | Волоконный лазер |
| Кислородная лазерная резка | Нагревает и окисляет материал с помощью газообразного кислорода | CO₂ лазер, волоконный лазер |
Как выбрать правильный метод лазерной резки?
Выбор подходящего метода лазерной резки может быть запутанным процессом. Из-за путаницы вы можете выбрать неправильный тип лазера. Это повлияет как на качество резки, так и на бюджет вашего проекта. Вот несколько ключевых факторов, которые следует учитывать при выборе метода лазерной резки. Это поможет вам выбрать правильный тип, соответствующий вашим потребностям
- Тип материала: Во-первых, необходимо определить тип материала, с которым вы работаете. Если у вас неметаллический материал, я рекомендую выбрать CO₂-лазер. С другой стороны, волоконный лазер лучше всего подходит для металлов и материалов с высокой отражающей способностью.
- Толщина материала: Эффективность метода лазерной резки меняется при изменении толщины материала. Для более тяжелых и толстых материалов следует выбирать кристаллические или волоконные лазеры. С другой стороны, DDL (прямой диодный лазер) - лучший вариант для тонких материалов.
- Объем производства: Каждый метод лазерной резки имеет свои ограничения по объему производства, с которым он может справиться. Я рекомендую выбрать метод волоконно-оптической лазерной резки, если у вас налажен бизнес. Этот метод позволит вам вырезать больше деталей за меньшее время, что позволит вам уложиться даже в самые жесткие сроки.
- Точность и качество: Производители обычно предпочитают точность и качество резки при изготовлении. Верно? Если это ваше требование, вам следует выбрать кристаллическую лазерную резку. Хотя она и стоит дорого, но благодаря более высокому качеству луча она позволит получить тонкие, детализированные и гладкие срезы.
- Бюджет и скорость: Я считаю волоконный лазер лучшим вариантом, поскольку его стоимость находится на среднем уровне, а скорость работы просто бешеная. Лазерная резка CO₂ менее дорогая, но более медленная, что может повлиять на производительность. Кристаллическая лазерная резка - это премиум-класс и очень дорогая технология, которую я не рекомендую.
Заключение
Методы лазерной резки играют важнейшую роль в изготовлении металлов. Мощный лазерный луч с легкостью разрезает материал любой прочности. Однако различные виды лазерной резки отличаются по своей эффективности. Некоторые из них подходят для резки металлических материалов.
С другой стороны, некоторые методы лазерной резки отлично подходят для резки неметаллических материалов. В этой статье я рассказал о четырех основных типах, классифицированных по источнику лазерного излучения. В этой статье также представлен обзор типов лазеров в зависимости от их возможностей резки. И наконец, вы узнаете, какой метод лазерной резки лучше всего подходит для ваших нужд.