Как работает лазерный станок

Лазерный станок — высокотехнологичное оборудование, использующее сфокусированный лазерный луч для обработки металла. Точно и быстро выполняет резку, гравировку, маркировку. Применяется в промышленности и во многих других сферах. Помогает автоматизировать процессы, повысить эффективность работы, снизить расходы материала, выполнять сложные конструктивные задачи. Обеспечивает высокую детализацию процессов. 

В этой статье разберем принцип резки лазером и перечислим основные преимущества технологии. Расскажем об основных видах станков, их устройстве и особенностях эксплуатации. 

Резка лазером — уникальная технология, суть которой заключается в тепловом воздействии вынужденного излучения узкой направленности на обрабатываемый материал. Лазерный луч сначала разогревает металл до температуры плавления, затем до температуры кипения, в результате такого воздействия материал начинает активно испаряться. Процесс чем-то напоминает механическую резку, но вместо режущего инструмента используется лазер. Технология обеспечивает чистый, точный и аккуратный раскрой, но, в то же время, требует больших затрат электроэнергии. 

Качество реза зависит от следующих факторов:

• Мощность лазера: влияет на скорость выполнения операций и способность функционировать с определенными материалами.

• Скорость подачи: слишком высокая может привести к неполному прорезыванию, а слишком низкая – к чрезмерному нагреву и дефектам.

• Фокусное расстояние: правильно настроенный фокус увеличивает точность и минимизирует зону термического воздействия. 

• Тип и давление газа: инертные газы улучшают качество раскроя за счет предотвращения окисления, а кислород увеличивает скорость резки металлов.

• Частота импульсов: от этого показателя во многом зависят глубина и качество работы.

Источник: pixabay.com

Лазерная резка получила широкое распространение благодаря своим многочисленным преимуществам перед традиционными методами обработки. Основные из них:

• Высокая точность обработки. Лазерный луч прорезает материалы с точностью до сотых долей миллиметра. Благодаря этому достигается четкость и детализация даже сложных контуров, минимальное термическое воздействие на металл, что исключает его деформацию. На лазерных станках создаются мелкие отверстия, тонкие линии, сложные узоры.

• Высокая скорость выполнения операций. Мощный луч режет намного быстрее, чем фрезеровальные, плазменные, гидроабразивные установки. Физический контакт с деталью при этом исключен. Оборудование интегрируется с системами ЧПУ, ускоряя процесс и делая его полностью автоматизированным. 

• Минимальный отход материала. Лазерные станки помогают экономить материал. Луч точно делает раскрой, минимизирует ширину раскроя, благодаря этому изделия располагаются близко друг к другу, что снижает количество отходов, затраты на дополнительную обработку краев и шлифовку.

• Возможность резки разных материалов. Установки подходят для работы с нержавеющей и углеродистой сталью, алюминием, латунью. 

• Автоматизация процессов. Многие станки укомплектованы системами числового программного управления, поэтому у пользователей есть возможность загружать чертежи. Кроме того, благодаря использованию ЧПУ исключаются ошибки и человеческий фактор. 

Оборудование для лазерной резки предлагается в широком ассортименте: есть установки для обработки ржавчины, раскроя и очистки, а также труборезы. О каждом станке расскажем более подробно.

Лазерный труборез

Лазерный труборез — это специализированное оборудование для раскроя круглых, квадратных, прямоугольных, овальных труб и профилей сложных сечений с применением лазерного излучения. Точно обрабатывает металлы без механического контакта. Сверлит отверстия и вырезает контуры, гравирует и маркирует поверхности, обрабатывает торцы для создания соединительных элементов, режет без заусенцев, не деформируя материал. Востребован в металлообработке, автомобилестроении, строительстве, мебельном производстве, аэрокосмической промышленности. 

Состоит из лазерного источника, оптической и охлаждающей системы, системы удаления отходов, подачи и фиксации труб, ЧПУ-контроллера. В качестве лазерного источника чаще всего используется СО2 или волоконный лазер. Оптическая система отвечает за направление и фокусировку луча. Система подачи и фиксации точно позиционирует обрабатываемые элементы. ЧПУ-контроллер с помощью программ управляет движением резака. Охлаждающая система предотвращает перегрев оборудования и поддерживает требуемый температурный режим.

Лазерный труборез работает по следующему принципу. Заготовка фиксируется в патроне и позиционируется. ЧПУ-программа задает параметры резки. Луч фокусируется на поверхности, нагревая материал до температуры плавления или испарения. Поток газа удаляет расплавленный металл из зоны раскроя. Полученный разрез имеет ровные кромки без необходимости дополнительной обработки.

Станок для обработки ржавчины

Станок для обработки ржавчины предназначен для удаления коррозии с металлических поверхностей при помощи лазерной технологии. Тщательно очищает изделия перед покраской, ремонтом или дальнейшей обработкой от окалин, краски, загрязнений, полирует и шлифует обрабатываемый материал. Работает с углеродистой и нержавеющей сталью, чугуном, алюминием, сплавами, медью, латунью и другими цветными металлами. Незаменим в машиностроении, строительстве, судостроении, при ремонте транспорта, восстановлении ограждений и инструментов.

Станок лазерной резки

Станок лазерной резки использует сфокусированный лазерный луч для точного разрезания материалов. Позволяет получать ровные края и сложные формы без механического воздействия на заготовку. Точно режет металлы без деформации, гравирует и маркирует основания, выполняет фигурную резку сложных контуров, обеспечивает высокоскоростное производство деталей. Работает со сталью, медью, алюминием, латунью. Применяется при изготовлении вывесок и логотипов, изготовлении деталей и запасных частей, резке пластиковых и металлических конструкций.

Установка состоит из СО2, твердотельного или волоконного лазера, линз и зеркал для фокусировки луча, рабочего стола, программного управления ЧПУ, воздушной или водяной системы охлаждения, вытяжки для удаления пыли и дыма. Функционирует по следующему принципу: лазерный луч направляется на поверхность материала, расплавляя и испаряя его в точке фокусировки. Движение лазера контролируется ЧПУ, что гарантирует высокую точность обработки.

Станок лазерной чистки

Станок лазерной чистки использует высокоэнергетический лазерный луч для удаления загрязнений, коррозии, краски, масел и других покрытий с разных оснований без повреждения основного материала. Тщательно подготавливает поверхности к последующей сварке или покраске, очищает формы и пресс-формы. Обрабатывает сталь, медь, алюминий. Применяется в машиностроении, автомобильной промышленности, судостроении.

Оборудование состоит из лазерного источника, оптической, ручной системы управления или ЧПУ, системы охлаждения, вытяжки для удаления загрязнений. Лазерный луч воздействует на поверхность, испаряя или сжигая загрязнения. В зависимости от параметров лазера можно регулировать глубину и интенсивность очистки, обеспечивая удаление нежелательных покрытий без повреждения основного материала.

Лазерные станки для резки металла широко применяются в различных отраслях промышленности благодаря высокой точности, скорости и возможности обрабатывать даже сложные контуры.

• Металлообработка и машиностроение. Выпуск деталей для станков, автомобилей, сельскохозяйственной техники. Например, с помощью лазерной резки создаются шестерни, кронштейны, корпуса механизмов.

• Строительство и архитектура. Производство фасадных элементов, перфорированных панелей, декоративных решеток.

• Изготовление рекламной продукции. На установках создают таблички, вывески, объемные металлические буквы.

• Мебельная промышленность. Технологию задействуют, когда нужно сделать каркасы и декоративные элементы.

Оборудование подбирается с учетом материала:

• С лазером СО2 для обработки тонкого металла, выполняют резку и гравировку.

• Оптоволоконные. Для операций с листовой сталью, медью, латунью, серебром, алюминием.

Другие параметры, по которым выбирают станки:

• Мощность. Определяет, для работы с какими материалами подходит установка. Например, для обработки черной стали толщиной 1 мм требуется 100 Вт. Для заготовок в 1,5 мм — от 400 до 500 Вт, для изделий более 2,5 мм — от 850 до 1000 Вт. На лазерных станках также можно резать листы нержавеющей стали до 16 мм, при использовании материалов большей толщины качество раскроя ухудшается, а количество облоя существенно увеличивается. Мощность оборудования должна быть не менее 100 Вт для листов до 1 мм, 450-500 Вт — для материалов в 2 мм и далее по нарастающей. Максимальная толщина латуни и алюминия — 12 мм, мощность для заготовок в 1 мм — не менее 200 Вт. Для резки и гравировки меди в 1 мм нужны станки от 450 Вт. Необходимую мощность подбирают для конкретного производства с учетом задач.

• Скорость обработки. Зависит от мощности лазера, типа выполняемой операции, толщины материала и требуемой точности. Максимальная скорость холостого перемещения режущей головки станков в зависимости от комплектации следующая — 60, 80, 100, 120 и 160 м/мин.  При раскрое показатель существенно снижается и во многом зависит от мощности излучателя. Например, лазерный источник 1 кВт режет металл толщиной 2 мм со скоростью 7 м/мин. Оборудование мощностью 500 Вт выполняет раскрой углеродистой стали в 1 мм со скоростью 5-6 м/мин. Скорость резки нержавейки 1 мм — 5-8 м/мин. Если мощность излучения 750 Вт металл толщиной 1 мм будет обрабатываться за 5-8 м/мин, лист 5 мм — до 1,5 м/мин, алюминий — до 4 м/мин. Станки 2 кВт и выше выполняют раскрой углеродистой и нержавеющей стали в 1 мм со скоростью 16-18 м/мин, 5 мм — до 3 м/мин, алюминия в 1 мм — до 16 м/мин. 

• Размер рабочей зоны. Определяет максимальные габариты заготовки, которую можно обработать за один проход, без перемещения материала. Для мелких изделий подойдут станки 300×200 мм – 600×400 мм, считаются идеальным выбором для мастерских, рекламного бизнеса. Для промышленной резки лучше приобретать установки 1500×1000 мм – 2000×3000 мм, ориентированные на массовое производство. 

• Тип охлаждения. Важно для поддержания стабильной работы, предотвращения перегрева лазерного источника и продления срока службы оборудования. Бывает воздушным и водяным. Принцип работы первого типа: тепло отводится с помощью вентиляторов и радиаторов. Отличается простотой, не требует дорогостоящего обслуживания, но не подходит для мощных лазеров. Суть водяного охлаждения: через лазерный источник циркулирует охлаждающая жидкость. Пассивное водяное охлаждение характерно для малых станков, активное с компрессором — для мощных лазеров. Поддерживает стабильную температуру, увеличивает срок службы оборудования, исключает его перегрев даже при условии длительной эксплуатации без остановок. Третий вариант — комбинированное, включает элементы воздушного и водяного охлаждения, устанавливается в мощных промышленных станках.

Лазерный станок состоит из нескольких ключевых компонентов. В зависимости от типа станка — CO₂, волоконный, твердотельный — конструкция может немного отличаться, но основные элементы остаются схожими:

• Источник лазерного излучения. Генерирует мощный лазерный луч. Бывает CO₂-газовый, волоконный или твердотельный.

• Оптическая система. Состоит из зеркал, линз, фокусировочной головки. Направляет и фокусирует луч на материал. У CO₂-лазеров используются зеркала, у волоконных — кабели.

• Рабочий стол. Поверхность, на которой размещается материал. Бывает статическим или с подвижными элементами.

• Система ЧПУ. Электронный модуль, управляющий движением лазера и настройками резки. Подключается к компьютеру или работает через встроенный контроллер.

• Приводная система (оси X, Y, Z). Обеспечивает движение лазерной головки и/или рабочего стола. Предлагается на выбор: ременная, рельсовая или шарико-винтовая.

• Система охлаждения. Воздушная со встроенными вентиляторами или водяная. Предотвращает перегрев лазера. 

• Система удаления дыма и пыли. Представляет собой вытяжку с фильтрацией. Очищает воздух от продуктов сгорания. Улучшает видимость и продлевает срок службы оптики.

• Газовая система для раскроя металла. Подключается к баллонам с кислородом, воздухом или азотом. Ускоряет резку и улучшает качество кромки.

• Система управления питанием. Отвечает за стабильное энергоснабжение и защиту от перепадов напряжения.

Эффективная и безопасная эксплуатация лазерных станков требует соблюдения ряда важных правил и рекомендаций:

• Перед запуском проверьте исправность оборудования, состояние оптики и охлаждающей системы. Рабочая поверхность должна быть чистой, а заготовки надежно закреплены. Оператора важно обеспечить средствами индивидуальной защиты. 

• Мощность лазера, скорость раскроя и фокусное расстояние настраивайте в зависимости от типа обрабатываемого металла. Учитывайте его характеристики: толщину, теплопроводность при выборе рабочего режима.

• Убирайте посторонние предметы из рабочей зоны лазера. Не оставляйте функционирующий станок без присмотра. Регулярно проверяйте исправность системы вентиляции и удаления дыма.

• Очищайте оптические элементы от загрязнений и пыли. Проверяйте и при необходимости заменяйте охлаждающую жидкость. Проводите профилактическую проверку механических и электронных узлов.

• Лазерный станок должен устанавливаться в помещении с контролируемым уровнем влажности и температуры. Недопустима работа в запыленной или влажной среде, так как это может привести к повреждению оптических компонентов.

• При обработке металлов учитывайте их отражательную способность и необходимость использования специальных покрытий.

Лазерный станок широко востребован в разных отраслях. Выполняет резку, чистку, полировку металлов. Подбирается с учетом мощности, типа охлаждения, размеров рабочего стола. Создает детали и элементы без дефектов и деформации.

На маркетплейсе «Рывок» можно купить лазерные станки от проверенных и надежных производителей. Доставка заказов по всей России.