Технология лазерной резки металла

Раскрой заготовок направленным лучом высокой мощности, вызывающим плавление металла в контактной точке называют лазерной резкой или вырубкой. Процесс Laser Beat Cutting (LBC) описывается, как нагревание материала с последующим разрушением в точке контакта с лучом узкой направленности, образованным из «лишних» фотонов. В результате преобразования энергии тепловая энергия плавит металл, заставляет его кипеть и испаряться. На этом принципе работает лазерная резка металла.

Разновидности лазерных резаков

Установка концентрирует энергию луча плотностью 1000000000 Вт/см2. Свойства субстанции, однородная длина и частота волны обеспечивает узкий поток с фиксацией оптическими линзами. Его когерентность – согласованные колебания волн – вступают в резонанс и во много раз увеличивают суммарную мощность по сравнению с потребляемой энергией.

Изготовление металлических деталей методом лазерного раскроя или вырубки выполняется двумя способами:

• плавлением металла в зоне реза;
• испарением расплава.

Вторым способом пользуются в обработке тонкостенных листов и для ювелирно точных соединений.

Типы оборудования:

• Газовые установки работают в атмосфере газов, часто агентом выбирают щелевидные системы на углекислом газе. Они мощные и простые в эксплуатации.
• Твердотельный тип устройств, в т.ч. волоконный лазер, где основными элементами служит лампа накачки и стержень из искусственного рубина с активатором, неодимом иттриевого граната. Работают в импульсном режиме.
• Газодинамическое оборудование работает на выдув металла из реза потоком предварительно нагретого до 2-3 градусов газа. Используется ограниченно, сложное и дорогое.

На металлозаводах используется оборудование для резки и вырубки изделий из листа толщиной 0,5-4,0 мм на специальной поверхности, называемой рабочей зоной.

Любое оборудование в разной модификации включает компоненты:

• Установку, систему накачки для создания луча, в которую входят газовый клапан, сопло, пусковой лазер, зеркала и линзы.
• Излучатель, оптический резонатор с резонирующими зеркалами и активной средой.
• Систему управления параметрами луча.
• Программное обеспечение точности реза и взаимного перемещения луча и изделия.

Луч не оказывает на заготовку физического воздействия. Технология позволяет не испортить поверхность вокруг реза, получить ровные края, без заусениц. Станок с ЧПУ обеспечит точность кроя.

Особенности применения лучевой обработки

Лазерная резка дает те же результаты, что и механическая, но гораздо лучшего качества:

• нет стружки, она испаряется;
• срез без заусениц, оплавленный, узкий;
• резать можно любой материал, включая бумагу или эластик, хрупкие материалы;
• высокая скорость резки;
• возможна фигурная резка металла, гравировка;
• высокая точность резки по лекалам.

Параметры работы лазерной установки зависят от объективных факторов. Влияние материала при подборе оборудования имеет решающее значение. Зависимость не прямая. Инструментальная сталь толщиной 3 мм режется с такой же скоростью что малоуглеродистая, толщиной до 1 мм при этом мощности на ее резку требуется больше в 4 раза. В кислородной среде процесс идет быстрее.

При большей тепловодности материала энергии на резку потребуется больше – влияет интенсивный теплоотвод. Поэтому резать медь и алюминий более затратно, чем черную сталь.

Показателями эффективности работы установки считают скорость реза, ровность кромок и глубина реза.

Важно учитывать, лазерная резка металла – один из дорогих и энергоемких видов металлообработки.