Понятие и применение лазерной резки металла

Технология, о которой пойдёт речь в этой статье, относится к передовым и перспективным способам обработки цветных и чёрных металлов и их сплавов. Резка металлических заготовок на лазерных установках показала свою эффективность и стала популярной, востребованной на многих промышленных предприятиях.

Международное название лазерной резки металла — LBC (Laser Beam Cutting). Её основной принцип заключается в нагревании обрабатываемой поверхности узконаправленным сфокусированным лазерным лучом. Нагрев металла может быть проведен в трех возможных вариантах:

• до состояния плавления – этот способ можно назвать самым распространенным методом резки. Если оператор станка правильно подобрал режим, расплавление происходит только по линии реза, при этом кромки остаются целыми. Струя сжатого газа выдувает расплавленные микрокапли металла, оставляя разделенные части целыми и не деформированными. В данном случае целесообразно применять азот, он (в отличие от кислорода) не вызывает окисления места реза.
• до состояния горения – считается оптимальным для обработки чёрных металлов. При этом плохо подходит для обработки заготовок из цветмета и высоколегированных сталей. Сопровождается подачей сжатого кислорода, что катализирует процесс: сгорающий О даёт приток тепловой энергии больший, чем его выдаёт сам лазер. Благодаря этому ощутимо сокращаются расходы на производство.
• до состояния испарения – этот метод используют довольно редко. Он востребован, в основном, при лазерной резке изделий с тонкой стенкой. Установка работает в импульсном режиме, аккуратно разогревая и испаряя материал, при это не повреждая соседние участки. Технический мусор с обрабатываемого участка удаляется путём подачи струи сжатого воздуха. Для того, чтобы довести обрабатываемый металл до кипения, требуется значительно больше энергии. Например, алюминий плавится при температуре 660 градусов  ⁰С, а закипает – при  2519 ⁰С.

В большинстве случаев обработки металлов на лазерном станке предпочтительным будет их нагрев до состояния плавления. Это способ наиболее экономически выгоден и подходит для большого числа производственных сценариев.

Установки для лазерной резки металлов

Существует несколько типов станков, используемых в современной промышленности:

СО-2 лазеры

Наиболее распространенный тип устройств для лазерной резки. Углекислотные лазеры универсальны и нашли своё применение в самых различных сферах производства. К их явным преимуществам можно отнести то, что они способны обрабатывать большой спектр материалов, включая кожу, текстиль, дерево, пластмассу и различные металлы. К тому же, это достаточно демократичный по стоимости станок, существенно дешевле оптоволоконных вариантов, о которых речь пойдёт далее.

Волоконные лазеры

Эти устройства наиболее уместно применять в рамках серийных промышленных производств. Они способны работать быстро, обрабатывать большой объем заготовок за короткое время. Характеризуются точностью и аккуратностью реза. Требуют меньше времени на обслуживание, потому что не имеют такой сложной системы зеркал и линз, как это можно встретить в углекислотных моделях лазеров.

Они стоят дороже СО-2 моделей, но при этом показывают втрое большую эффективность по мощности при аналогичных затратах электроэнергии. Оптоволоконные модели более перспективны, к тому же они демонстрируют более длительный срок эксплуатации. При помощи этих лазером можно резать металлические заготовки существенной толщины.

Твердотельные лазеры

Источником лазерного луча в таких устройствах является кристалл, легированный дополнительными элементами, например, редкоземельным Иттрием. Nd:YAG лазеры очень мощны и выдают лучевой поток в виде коротких импульсов. Это позволяет точно разделять металлы и другие материалы, сохраняя структуру и вид прилегающих к месту реза участков заготовки.

Лазерные установки этого типа характеризуются высокой точностью обработки, их широко применяют при производстве важных миниатюрных деталей для целей медицины, микроэлектроники, прецизионного инструмента и прочей продукции для ответственных участков.

Чтобы рез получился правильным, чётким с ровными краями и без заусениц, необходимо выполнить все настройки лазерной установки: проверить соответствие её мощности толщине и размерам обрабатываемой заготовки. Также убедиться в правильной фокусировке лазерного луча, при тестовом запуске он должен оставлять чёткие точки на материале. Что касается применения лазерной резки, она может быть задействована практически повсеместно. Разумеется, такие установки не могут стоить дёшево, поэтому наиболее практичным с экономической точки зрения будет их использование в рамках промышленного предприятия. Лазеры-резаки активно задействованы в авиакосмической, медицинской, электромеханической, военной и других сферах производства.