На сегодняшний день лазерная резка является самым технологичным способом обработки металлов, успешно используясь как на крупных производствах, так и для бытовых и коммерческих целей.
Лазерная резка — один из способов раскроя металла мощным лучом лазера, сфокусированным на обрабатываемой поверхности. Под его воздействием металл в точке резки быстро нагревается до температуры плавления, закипает и испаряется, оставляя ровный рез. Луч движется по траектории, заданной технологической картой раскроя, превращая резку в последовательность процессов плавления, кипения и испарения металла.
Описанная технология используется только для раскроя тонкостенного металлического листа. Для толстостенных заготовок жидкий расплав с зоны реза удаляется не испарением (для этого потребуется слишком мощная установка), а давлением струи вспомогательного газа: кислорода, азота, воздуха.
Виды лазерной резки
В зависимости от использования сопровождающего газа и способа воздействия на металл, различают несколько технологий резки лазером:
Лазерно-кислородная. Узконаправленная резка кислородом путем нагревания поверхности металла до критических температур. Окиси, которые образуются в результате экзотермической реакции, выдуваются направленной на поверхность струей кислорода. Технология не используется для листов толще 3 см из-за ухудшения качества реза.
Кислородная с поддержкой лучом лазера (LASOX). Особенность методики состоит в предварительном разогреве поверхности лазером до Т 1000°С. После чего она легко режется ультразвуковой кислородной струей. Способ дает возможность увеличить глубину реза до 10 см и увеличить качество реза.
Лазерная в инертном газе. Используется для раскроя титана, нержавейки или алюминия в случаях, когда недопустимо окисление разрезанных краев. Технология не использует добавочных источников нагрева, поэтому ее эффективность ниже предыдущих. В качестве инертного газа выступает аргон или азот.
Испарительная (сублимационная). Применяется в микротехнологии, чтобы оказывать минимум теплового воздействия на металл. Осуществляется в режиме сверхкоротких лазерных импульсов высокой интенсивности, разогревающих материал до момента его испарения. Отходы удаляются с помощью инертного газа.
Раскрой лазерным лучом все шире используется в разных отраслях производства. Плюсы технологии:
отсутствие механического контакта, сводящее к минимуму возможные деформации;
полная автоматизация процесса с погрешностью до 0,1 мм;
универсальность, позволяющая создавать объемные детали и криволинейные конструкции из разных материалов (металла, дерева, пластика, кожи, текстиля);
высокое качество обработки, не требующее дополнительных работ;
оптимальный расход материалов.
Из недостатков — относительно высокая цена и сильное влияние типа лазера на эффективность резки. А также серьезные ограничения по габаритным размерам — метод применяется для листов до 15х30 м и тонкостенных заготовок.
Тонкости раскроя определенных металлов
Чем выше теплопроводность материала, тем активнее тепло отводится из области реза. И тем сложнее осуществлять раскрой, так как требуется повышенный расход энергии и подбор особых режимов резки.
Сплав цинка и меди, довольно сложный для обработки, т.к. отличается повышенной теплопроводностью и устойчивостью к лазерному излучению. Плавится при высоких температурах (>900°С), поэтому тонкостенные листы режутся в импульсном режиме, а толстостенные — плазменным способом с применением волоконного или твердотельного лазера (лучи углекислотного лазера 100% отражаются от латуни).
Алюминий
Работать с алюминием сложнее, чем с другими материалами из-за повышенной теплопроводности и низкого коэффициента поглощения энергии лазера. Поэтому необходимо увеличить мощность луча до 500 Вт и выше, что приводит к снижению скорости реза и толщины листа. Применяются газовые и твердотельные установки, лучше с обдувом азотной струей для обеспечения гладких краев реза.
Титан
Характеризуется повышенной механической прочностью и температурой плавления. При Т>600°С его поверхность интенсивно горит, поэтому самой эффективной считается лазерно-кислородная обработка. Чтобы увеличить скорость процесса, можно использовать кислород, а полученный оксидный слой удалять кислородной струей.
Хорошо поддается лазерной резке и сохраняет после обработки антикоррозийные свойства краев. При раскрое в кислородной среде в месте реза образуются тугоплавкие шлаки, перекрывающие доступ к неразрезанному металлу. Поэтому лучше резать в среде чистого азота под давлением, чтобы сразу удалять оксиды газовой струей.
Факторы, влияющие на качество лазерной кройки
Показателями качества резки являются:
точность;
шероховатость;
ширина реза;
глубина температурного воздействия;
нарушение перпендикулярности краев;
количество грата.
На них влияют многие факторы: состав и толщина материала, мощность и тип используемого оборудования, скорость обработки, наличие и состав вспомогательного газа. Скорость работы луча подбирается в зависимости от толщины и материала заготовки. Диаметр его фокуса устанавливается минимальным: чем он меньше, тем более гладкими получаются края.
Качество резки — комплексный показатель, который на 70% зависит от точности настройки установки. Есть несколько эффективных методик, позволяющих улучшить показатели качества работы оборудования:
очистка линзы или защитного стекла согласно существующему протоколу;
отцентровка сопла;
тестирование фокуса луча.
Повысить качество обработки помогает также регулировка расхода газа и применение добавочных средств защиты оптических элементов.
Есть еще много различных факторов, влияющих на точность. Чтобы их учесть, нужен многолетний опыт и высокий профессионализм.
