Раскрой металла – энергоемкая задача, требующая применения мощного и точного оборудования. В зависимости от необходимого результата не всегда подходят классические пилы, нужно делать более точные, ровные резы, лучше соблюдать заданные шаблоном габариты и форму. В подобных случаях применяют лазерную резку. Она отличается отсутствием механического воздействия на материал, универсальностью, возможностью выпуска деталей со сложными контурами.
Что такое лазерная резка металла?
В общем, лазерная резка представляет собой процесс разрушения металла в точке воздействия при помощи лазерного луча. Международное наименование технологии – LBC, Laser Beam Cutting. Оно объединяет все способы применения лазера для раскроя металлических заготовок. Предполагается, что в месте нагрева образуется «шов» толщиной с лазерный луч. По сравнению с «обычной» пилой он существенно тоньше и ровнее.
Виды лазерной резки металла:
- Плавление (разделение) – подходит для большинства листовых металлических заготовок. Все, что требуется, это выставить правильную температуру и длительность воздействия на материал. Расплавленный металл выдувается из зоны обработки специальным газом (азотом и пр.), который одновременно остужает поверхность, препятствует излишнему плавлению. Перемещением лазерного луча обычно управляет заложенная в станок ЧПУ программа.
- Горение (термораскалывание) – рез на плоскости заготовки получается за счет повышенного термического напряжения. Такой способ подходит для черных металлов, того же чугуна, и совершенно непригоден для цветных металлов и стали с высоким содержанием легирующих добавок. Важно учитывать, что кромки здесь чуть «обгорают».
- Испарение (скрайбирование) – относительно редко используемый способ лазерной резки из-за специфики технологии. Если в предыдущих двух оборудование работает в непрерывном режиме, здесь применяется импульсный режим. Подходит технология для работы с листом малой толщины, преимущественно с керамикой, полупроводниками.
В любом случае речь идет о точечном воздействии на заготовку при помощи сфокусированного лазерного луча высокой мощности под управлением ЧПУ. При своевременном охлаждении зоны легко избежать деформации материала, излишнего оплавления краев. В отличие от механического способа обработки здесь существенно меньше требования к надежности фиксации «болванки». Еще и есть возможность работать с относительно тонким листом.
Преимущества и недостатки лазерной резки
Преимущество лазера для резки проявляется в нескольких направлениях. Например, отсутствует механическая нагрузка на заготовку, достаточно ее жестко зафиксировать. Это позволяет работать с тонким, хрупким и легко деформируемым материалом. При обработке не образуется стружки, это упрощает конструкцию оборудования (не требуется смачивания, сбора отходов и т.д.) и уменьшает расход из-за рационального расходования сырья.
Ещё плюсы лазерной резки металла:
- Большая толщина обрабатываемых заготовок из стали, до 40 мм.
- Точность реза, позволяющая обойтись без дополнительной обработки краев.
- Простота автоматизации процесса независимо от сложности контуров.
- Возможность исполнения как плоской 2D, так и трехмерной 3D резки деталей.
- Высокая производительность, достигающая скорости 25 м/мин.
Плюсы проявляются только при четком соблюдении технологического процесса. Если нарушить его условия, по краям будет образовываться так называемый облой. Он представляет собой «капли» излишне расплавленного металла, приводящие к деформации края. Его придется устранять за счет механической обработки, плюс будет нарушена геометрия детали (увеличится уровень брака или вообще вся партия изделий будет отбракована).
Чтобы получить стабильное качество выпускаемых изделий важно, чтобы оборудование работало бесперебойно – вовремя охлаждало заготовку, регулярно проходило юстировку оптики, имелся резервный источник питания. Перед запуском задачи рекомендуется отталкиваться от технических возможностей станка, они могут отличаться мощностью лазера, от которой зависит толщина, иные параметры сырья.
К минусам лазерной резки металла можно отнести относительно дорогое оборудование. Цены постепенно снижаются, но все равно приходится их учитывать при расчете себестоимости продукции. Технология не подходит для изготовления штучных изделий ввиду высоких затрат. Выгоднее применять ее при выпуске серийных изделий. Возможность полной автоматизации процесса раскроя существенно уменьшает накладные расходы на производство.
Оборудование лазерной резки металла
Независимо от способа резки станок состоит из нескольких типовых блоков: системы излучения и излучателя, управляющего модуля с органами управления, узла, перемещающего лазер над рабочей поверхностью. Задача техники: создать в зоне воздействия такую температуру, чтобы началось или плавление, или испарение материала. Главное, чтобы его структура в конкретной точке нарушилась вплоть до образования сквозного отверстия.
Существует несколько типов лазерного оборудования:
- Твердотельные системы – проводником световой энергии служит твердое рабочее тело типа рубинового стержня.
- Газовые устройства – в качестве рабочей среды здесь используют углекислый газ, отдельно или в смеси с азотом, гелием.
- Газодинамические приборы – активным веществом является тот же оксид углерода, только разогретый до температуры от +726℃ до +2736℃.
В последнем варианте обычно предусмотрена система ускорения газов и охлаждения, чтобы точно избежать перегрева обрабатываемой поверхности. Чем эффективнее функционирует оборудование, чем точнее рез, меньше риски получить брак. Применение углекислого газа объяснимо: создается инертная атмосфера, препятствующая окислению за счет воздействия кислорода из окружающего воздуха. Принудительная подача газообразного материала улучшает характеристики.
Оборудование предполагает поэтапное формирование продукта:
- Разработка художественного эскиза.
- Создание макета модели в электронном виде.
- Изготовление тестовой детали согласно ТЗ.
- Контроль параметров и доработка (по востребованности).
- Запуск серийного производства.
Проект, загружаемый в станок, должен иметь масштаб 1:1. В нем все элементы должны состоять из замкнутых внешних и внутренних контуров. Если наложить несколько линий друг на друга, «резак» будет проходить одни и те же места несколько раз. Соответственно уменьшится скорость работы и количество изготавливаемых изделий за единицу времени. Готовый проект подходит практически к любому станку, поддерживающему конкретный формат файлов.
Кому нужна лазерная резка металла?
Технология лазерной резки позволяет раскраивать не только металлы, включая нержавеющие стали и алюминий, медь, латунь. Обработке поддаются также пластик, стекло, оргстекло, древесина, ДСП, ДВП и картон. Ограничений практически нет, можно работать даже с ДПК, комбинированным материалом, включающий полимеры и древесные опилки. Единственное ограничение – зеркальные поверхности, которые отражают лазерные лучи.
Технология лазерной резки востребована в направлениях:
- Изготовление электротехнических устройств.
- Сельхозтехника, автомобили, речные и морские суда.
- Выпуск рекламной, сувенирной продукции.
- Создание интерьерных декоров.
Еще возможно применение оборудования при изготовлении всевозможных табличек, указателей, ограждений и иных похожих изделий. Интересно направление резки композитов, горных пород и полимерных пленок. Относительно новым считается применение лазерной резки в отраслях вроде Handmade, изготовления штампов и печатей, в легкой и обувной промышленности. Ее применение везде ускоряет процессы, повышает точность, снижает уровень брака.
От чего зависит качество резки?
Технология лазерной резки отличается качеством края готовой детали. Но оно далеко не идеально, как можно представить себе. Да, станок позволяет получить минимальную шероховатость и фактически прямые стенки. Но при значительном увеличении все-таки можно увидеть небольшие неровности. Насколько они критичны зависит от применения готовых деталей, возможно, придется дополнительно полировать поверхность (в любом случае работ будет относительно мало).
Основные критерии, влияющие на результат:
- Качество разработки макета – он закладывается в программу, управляющую лазером.
- Настройка станка с ЧПУ – речь о соответствии алгоритма его техническим возможностям.
- Техническое состояние оборудования – важна юстировка, в целом, исправность.
- Размеры, иные особенности детали – сложный рисунок требует больших навыков.
Многое зависит от допусков, предусмотренных технической документацией. Одно дело выпускать детали с точностью до 0,1 мм. И совершенно иное, когда достаточно придерживаться проекта плюс-минус 1 мм. Возрастает скорость обработки, количество готовых изделий в единицу времени и т.д. Отчасти на качество резки влияет вид материала, например, титан и чугун резать проще, чем медь и алюминий. Здесь уже становятся критичными технические параметры станка.
Как рассчитывается смета на лазерную резку металла
На стоимость работы влияет несколько критериев. Например, вид металла (или вообще материала). Разрезать чугун, сталь или нержавейку дешевле, чем титан, латунь и другие цветные сплавы. То же относится к толщине материала – чем он тоньше, тем быстрее и проще происходит процедура. Еще важно учитывать сложность формы детали. Чем больше мелких элементов, тем выше цена. Расчет осуществляют при помощи специализированных программ, они дают объективный результат.