Лазерный станок по металлу, виды, устройство, применение, выбор.
Лазерная резка металла является технологией, основанной на использовании лазерного луча, позволяющего обрабатывать металлические заготовки с высокой точностью.
Особенности, преимущества и недостатки:
Введение:
Лазерная резка на станках для разрезания и раскроя металла лазером активно применяется в областях, где необходимо с высокой точностью и производительностью, а также при минимальных потерях материала создавать изделия сложной формы.
Обработка металла лазером требует использования электрической энергии для создания лазерного луча, обладающего высокой мощностью, который должен быть сфокусирован в одной точке с целью нагрева материала до его испарения в определённой зоне.
Функции:
Среди основных функций встречаются:
- прецизионное разделение заготовок на сегменты;
- осуществление разрезания и раскроя по простым и сложным траекториям;
- обработка материалов при минимальных деформациях;
- разрезание плоских и объемных заготовок под определенным углом;
- нанесение гравировки и маркировки.
Польза:
Лазерная резка предоставляет множество практических преимуществ для производства, кроме прочего, её применение снижает образование отходов и позволяет обрабатывать различные подходящие материалы при соблюдении высокой точности.
Преимущества:
- Высокая точность: луч от лазера создает тонкий рез, что не менее важно для сложных проектов, где контуры находятся близко друг к другу;
- Бесконтактная обработка: отсутствие механического воздействия снижает риск деформации материала, что позволяет разрезать заготовки с низкой жесткостью;
- Универсальность применения относительно материалов: технология подходит для работы с различными материалами, поддающимися обработке лазером;
- Автоматизация: использование автоматизированных станков с ЧПУ позволяет выполнять задачи с высокой эффективностью с минимальным влиянием человеческого фактора;
- Экономичность: при обработке металла на лазерном станке образуется минимальное количество отходов, если проект правильно рассчитан;
- Качество реза: края деталей после влияния лазера обладают высокой чистой.
Недостатки:
- Высокая стоимость оборудования: приобретение и обслуживание лазерных станков требует значительных финансовых вложений;
- Ограничения по толщине материала: большинство станков способны работать с металлом толщиной до 30 мм, чего может быть недостаточно для некоторых задач;
- Потребление электричества: процесс требует значительного потребления электроэнергии, что увеличивает эксплуатационные расходы;
- Ограничения по обработке материалов: некоторые материалы, например, имеющие высокую отражающую способность, могут снижать эффективность.
Классификация и виды:
Мощность лазерного станка:
- Маломощные – характеризуются относительно низким энергопотреблением и небольшой стоимостью, но пригодны в основном для работы с тонкими материалами, что накладывает ограничения относительно сферы применения;
- Высокомощные – требуют достаточно мощного источника питания и финансовых вложений, но позволяют разрезать толстые заготовки и выполнять сложные задачи, особенно, если используется несколько осей.
Излучатель лазерного станка:
- Газовый CO2 (углекислотный) – за счет создаваемой длины волны способен эффективно взаимодействовать с деревянными, кожаными и другими неметаллическими заготовками;
- Твердотельный (оптоволоконный, дисковый и YAG) – благодаря использованию твердого рабочего тела создает длину волны, которая позволяет обрабатывать с высокой точностью различные подходящие металлы.
Количество осей лазерного станка:
- 2-осевые – обладают относительно простой конструкцией и небольшой стоимостью, но имеют ограничения в рамках плоскости, т.к. работают по двум осям, чего может быть достаточно для выполнения простых задач;
- Много-осевые – могут иметь сложную конструкцию и высокую стоимость, но способны осуществлять обработку металлических заготовок в различных плоскостях, что достигается за счет использования трех основных осей и применения поворотных элементов.
Устройство, принцип действия и применение:
Устройство:
К одним из основных элементов лазерных станков относятся следующие:
- Станина: является жесткой основой станка, на которой монтируются все основные компоненты;
- Рабочий стол: имеет конструкцию, адаптированную под интенсивное лазерное излучение;
- Узел генерации излучения: место, где создается лазерное излучение, которое в дальнейшем передается на голову;
- Лазерная голова: создает сфокусированный лазерный луч, который нагревает металл в определенной точке до необходимой температуры;
- Подвижные узлы: отвечают за перемещение элементов в рамках рабочего пространства, включая голову;
- Осевые приводы: обеспечивают передвижение подвижных элементов по осям;
- Защитные элементы: защищают проводку и внутренние компоненты станка от внешних воздействий, а также рабочих;
- Стойка управления: позволяет осуществлять управление станком и настраивать параметры;
- Система охлаждения: исключает перегрев нагреваемых узлов за счет использования воздуха или жидкости.
Принцип действия:
Принцип работы лазерного станка можно описать тремя ключевыми этапами:
- Подготовка к процессу:
- создание и загрузка цифрового чертежа в систему управления;
- настройка технологических параметров, которые могут зависеть от материала заготовки и её геометрии;
- закрепление заготовки на рабочем столе с помощью зажимов, магнитных пластин или вакуумных систем для предотвращения смещения во время обработки;
- калибровка режущей головки и фокусировка лазерного луча для обеспечения максимальной концентрации энергии на поверхности материала.
- Выполнение процесса:
- генерация лазерного излучения и его направление через оптическую систему (линзы и зеркала) на фокусирующую головку;
- воздействие лазерного луча на материал, вызывающее его нагрев и частичное или полное разрушение в зависимости от выполняемой операции;
- перемещение головки по заданной траектории с помощью электронно-управляемых серводвигателей относительно осей;
- охлаждение компонентов станка с помощью системы обдува воздухом или циркуляции жидкости.
- Завершение процесса:
- после завершения операций головка возвращается в исходное положение, а готовые детали снимаются с рабочего стола;
- проверка качества обработки, которая может включать оценку ровности и чистоты поверхностей и краев, выявление дефектов и свержение геометрии с чертежом;
- очистка рабочего пространства от остатков материала и прочего;
- проверка состояния головки, оптики и других узлов станка.
Применение:
Лазерная резка на специализированных станках широко востребована в областях, где, помимо прочего, требуется высокая точность обработки поверхностей, обработка заготовок, имеющих низкую жесткость, создание деталей сложной геометрии.
Основные области применения лазерной резки включают:
- Машиностроение: изготовление элементов для машин, механизмов, оборудования и прочего с минимальными геометрическими отклонениями;
- Автомобильная промышленность: производство элементов кузова и других изделий с высокой точностью;
- Авиационная и космическая отрасль: создание элементов для летательных аппаратов в соответствии со строгим стандартами;
- Строительство и архитектура: производство металлоконструкций, фасадных элементов, декора и прочего, что может иметь сложную геометрию;
- Ювелирное дело: обработка сложных и детализированных изделий из драгоценных металлов;
- Рекламная индустрия: создание вывесок, табличек и других рекламных материалов, которые могут иметь прямые и криволинейные контуры.
Перспективы:
Лазерная резка продолжает развиваться, что может открывать новые возможности для обработки материалов и улучшения для станков, включая следующие:
- Мощность: современные разработки направлены на создание более мощных источников лазерного излучения, что при использовании позволит работать с более толстыми материалами и повысить производительность;
- Адаптация: исследования в области создания инновационных материалов, металлических сплавов и композитов приводят к необходимости адаптирования лазерных станков под уникальные свойства таких материалов;
- Миниатюризация: создание компактных станков для малых производств и мастерских, что делает технологию доступнее для широкого круга пользователей, включая использование в учебных целях;
- Многофункциональность: комбинирование лазерной резки с другими методами обработки в рамках одного агрегатного механизма, что может положительно сказаться на экономии места на производстве;
- Экологичность: разработка энергоэффективных систем и использование экологически чистых материалов для производства станков с целью снижения вредного воздействия на окружающую среду;
- Программное обеспечение (ПО): улучшение ПО для повышения удобства использования, расширения функциональности и уменьшения ошибок;
- Интеграция искусственного интеллекта (ИИ): использование ИИ может быть полезно для автоматизации процессов, повышения точности, оптимизации обработки материалов и минимизации отходов;
- Интеграция роботизированных системам: взаимодействие таких систем со станками может способствовать созданию максимально автоматизированных линий лазерной резки.
Эксплуатация:
Для обеспечения эффективной работы лазерного станка на протяжении длительного времени необходимо соблюдать ряд правил, включая следующие:
- Закрепление заготовки: заготовка должна быть всегда правильно закреплена, а крепежные элементы не должны мешать процессу обработки заготовки и препятствовать двигающимся частям станка;
- Мониторинг состояния оборудования: важно, чтобы ключевые узлы станка работали корректно, а также заранее выявлять проблемы для предотвращения возможных поломок;
- Безопасность: необходимо использовать средства индивидуальной защиты и соблюдать правила техники безопасности при работе с лазерными станками.
Обслуживание:
Регулярное обслуживание лазерного станка необходимо для обеспечения корректности работы и долгосрочного использования, к чему может относиться:
- Очистка оптики: регулярная чистка линз и зеркал с целью предотвращения снижения качества и точности реза;
- Замена расходных материалов: некоторые элементы станка имеют ограниченный срок службы, что требует своевременной замены для предотвращения снижения производительности и преждевременного выхода из строя станка;
- Калибровка оборудования: периодическая проверка и настройка фокусировки лазера и точности перемещения подвижных частей;
- Обслуживание системы охлаждения: контролирование уровня охлаждающей жидкости и её замена при необходимости помогают поддерживать стабильную работу станка.
Характеристики, выбор и аксессуары:
Характеристики:
- тип излучателя;
- мощность лазера;
- количество лазеров;
- охлаждение лазера;
- скорость обработки;
- толщина резки;
- точность позиционирования;
- программное обеспечение;
- поддержка расширений файлов;
- размеры рабочей области;
- напряжение питания;
- потребляемая мощность;
- габаритные размеры;
Критерии выбора:
- характеристики относительно задач производства;
- возможности по обработке материалов;
- максимальная толщина заготовки;
- максимальная скорость обработки;
- возможности интеграции с системами;
- надежность бренда и отзывы.