Лазерная резка металла, какой лазер выбрать?

Лазерная резка – одна из самых перспективных технологий раскроя металлических заготовок. Чтобы получить наилучший результат, важно разобраться, какой лазер для резки металла будет наиболее эффективным и на какие параметры нужно обращать внимание при выборе.

Все лазерные станки работают по одному принципу. Оборудование генерирует направленный лазерный луч, он разогревает металл до температуры испарения, после чего расплав выдувается потоком газа. Такая технология позволяет получить ровный аккуратный край, не требующий дополнительной обработки. Она дает возможность минимизировать отходы и вырезать детали со сложным фигурным краем.

Основные типы лазеров для резки металла

Чтобы определить, какой лазер нужен для резки металла, необходимо предварительно разобраться в существующих типах станков. Наиболее распространенными стали следующие виды оборудования:

СО2-лазеры

Газовые лазеры чаще используются для резки неметаллических материалов. Основными компонентами такого оборудования являются газовая трубка, система зеркал и линз. В трубке находится газовая смесь, под воздействием электроэнергии накачка газов приводит к генерации фотонов. Луч концентрируется с помощью оптической системы и набирает высокую мощность, что позволяет разогревать рабочий материал до высокой температуры.

Такие лазеры позволяют раскраивать неметаллические материалы, такие как кожа или пластик. Однако для металла они используются относительно редко. Толщина металлической заготовки для раскроя таким лазером не превышает 2 мм, это ограничивает возможности применения.

Волоконные лазеры

Волоконные лазеры будут намного более эффективными при резке металла. Благодаря более современной технологии концентрации излучения интенсивность полученного луча в 100 раз больше, чем у газовых лазеров. Это дает возможность разрезать более толстые заготовки, работать с некоторыми цветными металлами и их сплавами.

Принцип работы волоконного лазера основан на использовании лазерных диодов накачки. Они генерируют световое излучение, которое проходит по оптическому волокну, изготовленному из силикатного стекла. В результате концентрируется лазерный луч высокой мощности, с помощью которого можно разрезать даже цветные металлы с хорошо отражающей поверхностью. Такие станки используются и для раскроя заготовок, и для гравировки.

Кристаллические лазеры

Кристаллические лазеры также называют твердотельными. Для образования лазерного луча в них используются кристаллы: в процессе возбуждения атомов испускается поток фотонов, что позволяет получить мощное излучение. В качестве лазерных кристаллов используются рубины или сапфиры, они обладают особыми оптическими свойствами.

Это достаточно дорогая технология, которая пока что наиболее широко применяется в медицине и в научных исследованиях. Ее использование для простой резки металлов будет слишком затратным, хотя, возможно, в будущем появятся способы уменьшить ее стоимость.

Как выбрать лазер по мощности?

Один из самых сложных вопросов – какой мощности лазер для резки металла подойдет? Этот показатель напрямую влияет на скорость и качество реза. Чем выше мощность, тем быстрее генерируется лазерный луч, тем выше его эффективность для резки. Однако пропорционально увеличиваются энергозатраты, что снижает экономическую эффективность резки.

Выбор лазера по мощности будет напрямую зависеть от толщины разрезаемого металла. Несколько примеров:

• Если предстоит резать обычную углеродистую сталь толщиной 20 м, то для работы с ней будет достаточно лазерного станка мощностью всего в 3 кВт. Скорость резки может достигать 0,6 м/мин: сталь не обладает высокой отражающей способностью, поэтому энергия расходуется максимально эффективно.
• Если нужно разрезать листы из нержавейки толщиной 16 мм, уже потребуется лазер мощностью до 6 кВт. Этот материал сильнее отражает излучение, поэтому для работы с ним требуется большая интенсивность лазера.
• При аналогичной мощности лазера толщина листа из латуни будет составлять всего 13 мм. Чем больше отражающая способность материала, тем больше потребуется энергии для реза, поэтому для некоторых металлов и их сплавов использовать лазерную резку невыгодно – она становится слишком энергозатратной.

Перечислено только несколько примеров, на основании которых можно выделить закономерность: чем больше толщина металла и чем выше его способность отражать световое излучение, тем более мощный лазер потребуется.

Влияние типа металла на выбор лазера

Чтобы определить, какой лазер нужен для резки металла, необходимо предварительно разобраться в существующих типах станков. Наиболее распространенными стали следующие виды оборудования:

Также предстоит решить, какой лазер лучше для резки металла определенного типа. У разных металлов и сплавов отличается температура плавления и отражающая способность, их можно поделить на несколько групп:

• Черные металлы (чугун и разновидности стали) хорошо поддаются лазерной резке. С помощью современных волоконных станков удается равномерно разрезать лист из углеродистой стали толщиной до 25 мм.
• Цветные металлы лучше отражают излучение, поэтому их труднее разрезать с помощью направленного светового потока. Максимальная толщина разрезаемого алюминия не превышает 16 мм, а титана, латуни или меди – всего 5 мм.
• Тугоплавкие металлы, такие как вольфрам или молибден, имеют очень высокую температуру плавления, поэтому для и разогрева лазером требуются очень большие энергозатраты. Это во многих случаях делает лазерную резку экономически не оправданной.

Таким образом, наиболее эффективный вариант применения этого метода – резка черных металлов с помощью волоконного лазера. Он эффективно разрезает заготовки большой толщины, после завершения работы остается минимум отходов.

Дополнительные параметры резки

При выборе лазерного станка необходимо обратить внимание не только на его конструкцию, но и на несколько важных рабочих параметров:

• Используемый при резке газ. Он должен убирать металлический расплав с участка реза и охлаждать материал. Самыми распространенными газами для лазерной резки остаются аргон, азот и кислород. Аргон – инертный газ, предотвращающий окисление металла. Как и азот, он подходит для резки нержавеющих сталей или алюминия. Кислород – напротив, газ с высокой активностью, способный спровоцировать реакцию с выделением тепла. С его помощью можно эффективно резать заготовки большой толщины.
• Режим работы. Необходимо найти идеальный баланс между мощностью лазера и скоростью его перемещения. Если воздействие окажется слишком длительным, повышаются затраты энергии, а на кромке изделия образуется окалина. Если же воздействие будет слишком коротким, есть риск не прорезать материал до конца, энергия будет расходоваться неэффективно.
• Фокусное расстояние. Необходимо правильно настроить положение оптической системы, чтобы максимально эффективно сконцентрировать лазерный луч на поверхности материала. Если луч не в фокусе, энергия будет рассеиваться – в результате разогреть металл до температуры плавления не получится.
• Скорость подачи материала. Чем она выше, тем быстрее будет завершена обработка заготовки.

Как подобрать станок под свои задачи?

Чтобы определить, какой лазер нужен для резки металла, необходимо предварительно разобраться в существующих типах станков. Наиболее распространенными стали следующие виды оборудования:

Разобравшись, какая мощность лазера нужна для резки металла, нужно также определиться с интенсивностью использования станка. Например, для мелкосерийного производства достаточно оптоволоконного лазера мощностью от 1000 Вт. Такое оборудование будет стоить относительно недорого, его мощности будет достаточно для разрезания тонколистовой стали с достаточно высокой скоростью.

Однако такой мощности будет явно недостаточно для промышленного применения лазерного оборудования. Для этой цели используются высокомощные волоконные станки с широкими возможностями настройки и современным программным обеспечением. Их преимуществами можно назвать высокую скорость работы и точность обработки заготовок, однако они будут очень энергозатратными. Станки высокой мощности подходят для крупных предприятий с большими объемами работы.

При выборе станка нужно уточнить у производителя несколько важных моментов:

• Наличие технической поддержки, ее доступность. Полезно выяснить, есть ли у производителя сервисные цента в России.
• Срок службы излучателя и доступность расходных компонентов. Излучатель со временем придется менять, нужно убедиться, что не будет проблем с запчастями.
• Возможность обновления ПО. После установки новых версий будет расширяться перечень доступных операций.

Частые ошибки при выборе

При выборе лазерных станков покупатели часто допускают ошибки, обычно связанные с непониманием процесса резки. Например, при выборе мощного оборудования нужно обязательно учитывать предстоящий расход газа и электроэнергии. Слишком мощный станок не будет использоваться в полную силу, однако потребует больших эксплуатационных затрат.

Еще одна распространенная ошибка – игнорирование необходимости постобработки. С кромки реза может понадобиться удаление остатков расплава, иногда ее нужно выравнивать. Если е рассчитывать затраты на постобработку, производство может оказаться существенно дороже. Чем было запланировано.

Заключение

При выборе лазерного станка для резки металла приходится учитывать целый ряд параметров: тип металлических заготовок, принцип работы станка, режим работы, вспомогательный газ и многое другое. Чтобы не тратить время и не вкладывать крупную сумму в покупку дорогостоящего оборудования, можно заказать услуги лазерной резки. Это возможность с первого раза получить требуемый результат с минимальными вложениями.