Современные лазерные станки выполняют различные операции — от простого раскроя листового материала до высокоточной художественной резки — и обеспечивают качественный результат. Возможно, именно за счет своей универсальности лазерная металлообработка стремительно набрала популярность в промышленном производстве.
В этом материале подробнее рассмотрим возможности лазерных станков и основные преимущества технологии.
Типы лазерных станков
Конструкция лазерного станка включает в себя источник энергии, оптическую систему и рабочее тело. Источником энергии выступает импульсная лампа, полупроводник или электрический разряд, а оптическая система состоит из отражающих зеркал и фокусирующей линзы. В качестве рабочего тела используется стержень из редкоземельных элементов или кристаллов. В станках с газовой накачкой рабочее тело заменяется азотом, гелием или углекислым газом. Выделяется три основных типа лазерных установок:
- Твердотельные станки. Мощность твердотельных станков обычно не превышает 6 кВт. В их конструкции стержень рабочего тела состоит из рубина, стекла с примесью неодима или флюорита кальция. В качестве источника энергии используется импульсная лампа, а оптическая система включает в себя зеркала и линзу. Отражающее зеркало усиливает луч лазера, а линза пропускает его сквозь себя и фокусирует.
Волоконная установка — еще один вид твердотельных станков, мощность которых достигает 20 кВт и более. Для усиления луча в ней используется стекловолокно, а в качестве источника энергии – полупроводник.
- Газовые станки. Их мощность достигает 10 кВт. Рабочее тело представляет собой газ в чистом виде или смесь инертных газов. Через них пропускают электрический разряд, в результате чего молекулы газа возбуждаются, вырабатывая лазерное излучение. Оптическая система конструкции состоит из зеркал и линзы.
- Газодинамические станки. Минимальная мощность составляет 100 кВт. Поэтому газодинамические лазеры считаются самыми мощными. В них активной средой выступает углекислый газ, который в нагретом состоянии направляется в узкий канал, расширяется и охлаждается. При этом образуется энергия, генерирующая лазерный луч. Оптическая система конструкции, как и в других типах станков, состоит из зеркал и линзы.
Газовые станки не справляются с раскроем металла из-за малой мощности. Они предназначены для обработки дерева, пластика, резины или кожи. Поэтому в металлообрабатывающей промышленности применяются твердотельные и газодинамические станки, которые вырабатывают излучение с необходимой мощностью. Твердотельные станки рассчитаны на резку, гравировку и точечную сварку металлических листов толщиной до 0,5 мм, а газодинамические лазеры используются для обработки листов толщиной до 50 мм.
Возможности лазерных станков
Лазерная металлообработка включает в себя различные технологии, среди которых спекание, гибка, сверление, сварка и резка. Сходство между ними заключается в применении лазера, однако в остальном их цели и принципы различаются.
Прямое лазерное спекание. Заготовка помещается в специальную камеру, заполненную инертным газом. Он минимизирует окисление металлического порошка, которым покрывается поверхность заготовки. Камера нагревается, и лазер наплавливает металлический порошок по контуру заготовки. В результате на заготовке появляется новый слой металла. Технология используется для прототипирования и печатания пробных экземпляров деталей и формообразующих вставок.
Лазерная и лазерно-механическая гибка. При лазерной гибке применяется точечный нагрев, и металл расширяется в местах изгиба. Между нагретыми и холодными частями металла возникает механическое напряжение, за счет которого заготовка изгибается. При лазерно-механической гибке места изгиба заготовки нагреваются лазером, но сгибаются на механических станках.
Лазерное сверление. В процессе металл испаряется и не оставляет отходов в виде стружки, как при механическом сверлении. Однако периодически по краям отверстия возникает наплавление, поэтому заготовка потребует дополнительной обработки – снятия лишних слоев. Лазерное сверление занимает меньше времени, чем механическое, поэтому применяется для обработки большого количества деталей за короткое время. К тому же оно дает возможность просверлить отверстие на наклонных поверхностях.
Лазерная сварка. Лазер концентрирует тепловую энергию и образует тонкий сварной шов. Лазерная сварка относится к универсальным методам металлообработки, поскольку применяется для различных видов металла.
Лазерная резка. Технология используется для раскроя листового металла и изготовления деталей со сложной геометрией. Резка осуществляется на станках с регулируемой мощностью излучения, поэтому металл в зависимости от настроек плавится или полностью испаряется.
Преимущества лазерной резки металлов
Лазерная резка сокращает потери материала, сроки выполнения работ и расходы. Однако на этом ее преимущества не заканчиваются:
Универсальность. Лазер применяется для раскроя металлических листов различной толщины — от 0,2 до 50 мм. При резке листов от 0,5 мм мощность лазера увеличивается, чтобы ее хватило для осуществления достаточно глубокого реза.
Точность. Лазер осуществляет тонкий рез с точностью до 0,1 мм. При этом он не вызывает деформаций и повреждений заготовки, как при механической резке. Заготовка в области реза получается ровной и гладкой и в большинстве случаев не нуждается в дополнительной обработке – чистке и шлифовке.
Экономичность. Лазерные станки отличаются производительностью, скоростью и качеством готовых деталей, поэтому дают возможность отказаться от дорогостоящих работ по штамповке и литью.
