Лазерная резка металла что это такое и где применяется

Содержание:

В лазерной резке металла вместо привычных ножниц или пил действует мощный луч света — точный и быстрый. В результате такой процедуры получаются идеально ровные края металлической детали или сложный узор, вырезанный из листа стали. В статье разберемся, чем лазер лучше других методов, где его применяют и почему он сейчас так актуален.

Что такое лазерная резка металла

Что такое лазерная резка?

Тонкий луч лазера плавит, испаряет или выжигает материал, оставляя после себя аккуратный разрез. Вместо того чтобы пилить или рубить металл, используется концентрированный свет, который разрезает материал.

Для резки металла требуется лазер как минимум с мощностью 450-500 Вт, но этот метод хорошо подходит только для заготовок толщиной до 6 мм. Для более же толстых (от 20 до 40 мм) его использование неэффективно, поэтому выбирайте лазеры помощнее. Производительность оборудования также играет важную роль. Чем выше мощность луча, тем более толстый материал можно обрабатывать. Например, лазерные установки мощностью 500 Вт могут резать латунь и алюминий. Рассмотрим определенные технические характеристики по соотношению металла к лучу.

Сталь: максимальная толщина листа — 20 мм. Если лист толще, потребуется другой метод обработки.
Нержавеющая сталь: здесь максимальная толщина — 16 мм, что помогает избежать образования заусенцев и облегчает их удаление.
Латунь: подходит для листов толщиной до 12 мм.
Алюминиевый сплав: можно резать листы не толще 10 мм.

Резка лазером не подходит для вольфрама и молибдена, так как эти металлы очень прочные и могут повредить оборудование.

Качество обработки зависит еще от толщины материала.

Для низкоуглеродистой стали:

Для толщины 1 мм нужно 100 Вт мощности и скорость 1,6 м/мин.
Для 1,2 мм — 400 Вт и скорость 4,6 м/мин.
Для изделий толщиной 2,2 мм требуется 850 Вт и скорость 1,8 м/мин.

Для нержавеющей стали:

При толщине 1 мм — 100 Вт.
При 1,3 мм — 400 Вт.
Для 2,5 мм — также 400 Вт, но со скоростью 1,3 м/мин.

Титан:

Для толщины 0,6 мм нужно 250 Вт.
Для 1 мм — 600 Вт.

Принцип работы лазерной резки

Основная идея работы заключается в использовании концентрированного света для нагрева материала. Чтобы понять, как работает технология лазерной резки, нужно разобрать три ключевых элемента: источник лазера, механизм действия, оборудование.

Источник лазера

CO2-лазеры. Для работы необходима помощь вспомогательного газа. Здесь используются азот, гелий, аргон или воздух. В силу конструкции, включающей зеркала и стеклянные трубки, они довольно хрупкие и требуют точного выравнивания для эффективного функционирования. Зато подходят для резки тонких металлов.

Волоконные лазеры. Волоконный лазер генерирует свет в оптическом волокне с использованием редкоземельных элементов (эрбий, иттербий или неодим). Этот метод может осуществлять резку без вспомогательного газа. Он стабилен и позволяют легко фокусировать луч. Эти лазеры применяют оптическое волокно, поэтому и имеют такое название. Метод более мощный, идеален для толстого металла.

Механизм действия

Лазерный луч фокусируется на поверхности материала с помощью линзы. Точка, куда попадает луч, нагревается до температуры плавления или испарения. Одновременно с этим на место реза подается газ (например, азот или кислород), который удаляет расплавленный металл и защищает зону реза от окисления. Процесс полностью контролируемый, можно задавать любую толщину.

Оборудование для лазерной резки

Лазерная головка: генерирует и направляет луч.
ЧПУ-станок: управляет движением головки по заданной траектории.
Рабочий стол: удерживает материал во время резки.
Система охлаждения: предотвращает перегрев лазера.

Преимущества лазерной резки металла

Точность
Лазер может резать с точностью до 0,1 мм. Это позволяет создавать сложные формы и мелкие детали без дополнительной обработки.
Чистота краев
Края получаются ровными и гладкими, без заусенцев. Это особенно важно для деталей, которые не требуют дальнейшей шлифовки.
Скорость
Лазер работает быстрее, чем ручные инструменты или механические станки.
Минимум отходов
Лазерный луч тонкий, поэтому материал расходуется экономно. Это снижает затраты на производство.
Универсальность
Лазерная резка подходит для разных материалов и толщин. Можно работать с тонкой фольгой или толстыми стальными листами.

Виды лазерной резки металла

Кислородная резка — здесь кислород помогает выдувать расплавленный металл, а также создает химическую реакцию с материалом. Получается что-то вроде «химической атаки», окислы улетучиваются под напором газа, оставляя идеально чистый разрез.

LASOX технология — при ней металл предварительно нагревают до красна (около 1000°C), а затем на него направляют мощную струю кислорода.

Испарительная (сублимационная резка) — способ работает молниеносно короткими, но невероятно мощными импульсами света. Металл просто испаряется, не успевая даже нагреться.

Работа с инертными газами — это специальная защита для капризных материалов вроде титана, алюминия или нержавейки. Здесь вместо кислорода используют азот или аргон, которые не дают металлу окисляться.

Лазерная резка

Какие металлы можно обрабатывать лазером?

Сталь — этот металл встречается везде: от автомобильных деталей до строительных конструкций. Лазер легко справляется как с обычной углеродистой сталью, так и со сложными сплавами.
Нержавеющая сталь — она требует специального подхода, так как легко окисляется при контакте с кислородом. Здесь на помощь приходят инертные газы, которые создают защитную атмосферу во время работы.
Алюминий — легкий и быстрый в обработке. Его любят дизайнеры за возможность создавать сложные формы.
Медь и латунь — эти материалы очень хорошо отражают свет, поэтому для их обработки нужны особо мощные лазеры.
Титан — звезда современных технологий. Особенно ценится при производстве деталей для авиации и медицинского оборудования.

Применение лазерной резки металла

Лазерная резка прочно вошла в современное производство, открывая новые горизонты для самых разных отраслей.

Так, в автомобилестроении технология стала настоящей находкой. Сложные детали кузова, элементы подвески, компоненты топливной системы изготавливаются быстро и очень точно.

Производство бытовой техники также не обошло стороной эту технологию. От маленьких датчиков до крупных панелей холодильников — лазерная резка позволяет создавать детали с идеальной геометрией.

Строительная индустрия нашла применение лазера в создании металлических конструкций. Например, изготовление фасадных элементов или архитектурных деталей стало намного проще и эффективнее.

Интересно наблюдать за развитием этой технологии в сфере производства мебели. Дизайнеры делают произведения искусства из металла, используя возможности лазерной резки. Фигурные спинки кресел, изящные подлокотники или уникальные столешницы — все это становится возможным благодаря лазерной технологии. Металлическая мебель получила новое дыхание благодаря возможности формировать как простые линейные резы, так и работать со сложными контурами. При изготовлении перил и ограждений лазерная резка предлагает практически безграничные возможности для творчества.

Ограничения лазерной резки

Толщина материала — главный ограничитель. Хотя современные лазеры могут работать с довольно толстыми листами (до 25 мм для стали), есть все же пределы по возможностям оборудования. Для сверхтолстых заготовок лучше использовать другие методы.
Рефлекторные свойства металла — перед применением проверьте в характеристиках сырья отражательную или поглощательную способность.
Геометрия деталей — очень маленькие отверстия или крайне сложные контуры могут вызвать проблемы с качеством реза.
Температурная чувствительность — материалы меняют свои свойства при нагревании, поэтому важно правильно подбирать режимы работы для каждого металла индивидуально.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Можно ли резать ржавую сталь? Да, но качество реза может быть хуже. Ржавчина влияет на равномерность поверхности, что может привести к неровностям кромки.
Как долго длится процесс резки? Время зависит от множества факторов: толщины материала, сложности контура, типа металла. Простые детали из тонкого металла готовятся за несколько минут, а сложные конструкции из толстого листа займут больше времени.
Можно ли делать трехмерные изделия? Сам процесс резки двухмерный, но полученные плоские элементы можно собирать в трехмерные конструкции.
Как влияет толщина металла на цену? Чем толще материал, тем выше энергозатраты и время обработки, что, соответственно, увеличивает стоимость работ.

Источник фото: freepik.com