Руководства, Инструкции, Бланки

руководство пользования станком твердотельным лазерной резки

Категория: Руководства

Описание

В чём сильные и слабые стороны газовых СО2-лазеров для станков с ЧПУ по сравнению с «твердотельными»?

Главная Статьи В чём сильные и слабые стороны газовых СО2-лазеров для станков с ЧПУ по сравнению с «твердотельными»?

В чём сильные и слабые стороны газовых СО2-лазеров для станков с ЧПУ по сравнению с «твердотельными»?

Лазерные станки с ЧПУ стремительно завоевали сектор высокотехнологичной обработки материалов. Благодаря высокой точности, скорости обработки, а также низкой удельной стоимости производства изделий, лазерные станки стали появляться там, где ещё недавно было немыслимо применение автоматической обработки (да ещё на «навороченных» станках с ЧПУ!). Достоинством лазерного оборудования также является простота в управлении и обслуживании. А кроме того, работа лазерного станка в тесной «связке» с персональным компьютером значительно упрощает подготовку производства – ведь управляющая программа создаётся на базе графического эскиза. А значит работа дизайнера уже почти является «готовым» заданием для производства!
Благодаря широкой модельной линейке от разных производителей, имеется возможность выбрать оптимальный тип лазерного станка с ЧПУ, наилучшим образом подходящий под требования конкретного производства. Однако неподготовленному покупателю разобраться в обилии технических характеристик достаточно сложно. И уже тем более, непросто решить – какую модель предпочесть? А главное, какой тип станка выбрать – «газовый» или «твердотельный»?

Особенности обработки лазером
Технология обработки лазером в корне отличается от контактного механического резания. При обработке заготовок фрезой или резцом острые клинья режущего инструмента отделяют пласты материала, отводимого в виде стружки. В результате поверхность заготовки приобретает нужную форму. В станках с ЧПУ режущий инструмент движется по запрограммированному маршруту, поэтому новая форма поверхности в точности соответствует цифровой модели изделия.
Лазерный станок с ЧПУ действует аналогично – перемещение головки вдоль маршрута обработки задаётся микрокомпьютером ЧПУ на базе загруженной программной модели. Только вместо фрезы, лазерный станок воздействует на материал заготовки высокоэнергетическим когерентным монохромным лучом – лазером. В результате термического воздействия материал заготовки испаряется. Соответственно, «обходя» лазером контур изделия, или двигаясь по плоскости «строка за строкой», станок может осуществлять резку или гравировку заготовок.
Благодаря особенностям физических процессов, обработка на лазерном станке происходит быстрее, чем на фрезерном. А качество шва и краёв реза оказывается выше – поскольку быстрый нагрев и испарение материала не позволяет теплу распространяться в тело заготовки (всё тепло от нагревания лазером отводится с отработавшими газами). Это даёт уникальную возможность работать с готовыми изделиями. И не просто сувенирными фигурками, или листами рекламных плакатов, а даже исправно функционирующими электронными устройствами, включая ноутбуки и iPhone’ы (для гравировки клавиатуры и корпусов соответственно).
Существенным достоинством лазерной обработки является очень тонкий шов реза и полное отсутствие твёрдых отходов. Ещё один плюс – низкий уровень шумов и меньший износ лазерного станка в процессе работы (по сравнению с фрезерным или токарным оборудованием).

Как устроен лазерный станок?
Сравнение лазерного оборудования с фрезерными станками далеко не случайно. Их конструктивные схемы очень похожи: прочный несущий корпус, горизонтальный рабочий стол для установки заготовки, инструментальный портал, перемещающийся над заготовкой в нескольких независимых плоскостях (трёх для лазерного станка), и управляющая электроника, контролирующая работу всего оборудования.
Относительно заготовки перемещение головки излучателя осуществляется благодаря силовым элементам – шаговым электродвигателям. Импульсы управления для них формирует система ЧПУ, благодаря чему лазерная головка занимает при обработке строго определённую программой позицию. Лазерное излучение генерируется специальным устройством – трубкой с активной средой (и встроенным оптическим резонатором). Для этого к трубке подводится электрическое напряжение (через специальный блок-трансформатор). Луч из лазерной трубки проходит через систему зеркал (частью подвижных – для обеспечения свободного перемещения головки излучателя) и «собирается» фокусирующей линзой на поверхности обрабатываемой заготовки. Получаемая лазерная «игла» и является тем режущим инструментом, которым «водит» система ЧПУ для получения готовых изделий из «сырой» заготовки.

В чём отличие «газового» лазера от «твердотельника»?
Как известно, для получения лазерного излучения требуется активная среда, энергия накачки и оптический резонатор, формирующий устойчивый поток фотонов нужной длины волны. Существующие модели станков с ЧПУ могут оснащаться газовыми или твердотельными лазерами. В газовых лазерах активной средой выступает смесь СО2, азота и гелия. В твердотельных для генерации лазера служат специальные монокристаллы. В первом случае энергией накачки выступает электрический ток (формирующий газовый разряд), во втором – поток света (от ламповой или светодиодной подсветки).
Принципиальным отличием этих типов лазеров является длина волны генерируемого излучения. Не каждый материал будет «прозрачен» для лазерных волн определённой энергии. Соответственно, эти типы лазеров предназначены, строго говоря, для работы с разными материалами. Для « газовых » лазеров это дерево, пластик, резина, кожа, бумага ( и ряд прочих – исключая металлы ). Для твердотельных – преимущественно только металлы (хотя другие материалы также можно гравировать – вопрос лишь в рентабельности такого процесса).
Таким образом, для СО2-лазера (в сравнении с твердотельным) можно выделить следующие особенности:
• значительно меньшая стоимость;
• большая простота в эксплуатации;
• большая универсальность;
• компактные размеры;
• большее разнообразие площадей рабочего стола (для разных модельных линеек станков);
• практически отсутствующая способность работы с металлами (за исключением гравировки – да и то с применением специальных паст или спреев);
• меньший срок службы лазерной трубки;
• и ряд других.
Вышеперечисленные «особенности» СО2-лазеров намеренно не разделены на достоинства и недостатки, поскольку «газовые» и «твердотельные» станки с ЧПУ не являются прямыми конкурентами. Там где требуется высокопроизводительная гравировка и маркировка металлических изделий (с возможностью сквозной резки металлов, толщиной до 0,5 мм, а также точечной сварки металлов) подойдёт твердотельный лазерный станок с ЧПУ. Во всех остальных случаях проще и дешевле применять станки с газовой лазерной трубкой.

руководство пользования станком твердотельным лазерной резки:

  • Ссылка 1
  • Альтернативный сервер
  • Другие статьи

    Лазер для резки металла своими руками

    Лазер для резки металла своими руками

    Промышленные технологии не перестают поражать воображение даже видавших виды специалистов, а самодеятельных мастеров, и подавно. А ведь, действительно, кто бы отказался от домашнего настольного мини-пресса для литья изделий из металла, высокоточных мини-резаков на основе лазерных технологий или настольной мини-лаборатории для приготовления высокооктанового бензина из использованной жевательной резинки. Не все и не всегда реализуемо, но, изучая технологии, умелыми руками можно достичь определенных результатов. Но сегодня мы поговорим о лазерной обработке металлов резанием.

    Технология резки металла лазером

    Лазерная резка металлов — это одна из самых передовых и дорогостоящих технологий, какие только существуют для обработки металлов. Применив лазер для резки металла своими руками можно получить невиданные, фантастические результаты, недоступные, или почти недоступные, ни одним другим видам обработки металла. Совершенно неограниченные возможности лазера обусловлены тем, что его луч практически не знает границ и способен передавать в любом материале практически любую задумку, которую только можно себе представить.

    Технология обработки металлов лазером основана на характеристиках лазернoго луча, а это:

    1. Четкая направленность.
    2. Монoхроматичность.
    3. Кoгерентность.
    4. Мощность.

    За счет того, что лазерный луч, в отличие от света, имеет идеальную направленность, его энергия способна фокусироваться с минимальными потерями в определенной точке. По способности к точной фокусировки лазерный луч в десятки тысяч раз выигрывает у самого мощного светового прожектора.

    А ведь учитывая тот факт, что и световой луч несет определенную энергию, ощутимую физически, можно только представить какой энергией обладает лазерный луч, собрав всю ее в одну точку и приложив к маленькому участку плоскости.

    Лазерный луч имеет еще одно очень важное отличие от луча света — монохроматичность. Это значит, что с точки зрения оптической физики, лазер имеет строго определенную и жестко фиксированную длину волны и такую же постоянную частоту. Поэтому сфокусировать его не предоставит труда даже обычным оптическим линзам. Когерентность лазера — соглaсованное протекание во времени нескольких волновых процессов, имеет высокий уровень, а это говорит о том, что резонансные колебания лазерного луча могут усилить его энергию в несколько раз.

    Благодаря этим свойствам, лaзерный луч может быть сфокусирован на минимально возможной площади материала, создавая при этом высочайшую плотность энергии. Такой энергии, как выяснилось, достаточно для прожига или разрушения металла или другого материала на микроскопическом участке плоскости, вплоть до плавления любого материала, который способен плавиться.

    Станок для резки металла лазером

    На самом деле, не так все просто, как в теории, поскольку существуют некоторые физические силы, которые могут ослабить энергию лазерного луча, к тому же у каждого из материалов существуют свои собственные свойства по поглощению излучения и его отражающим способностям. Каждый металл может по-разному распространять поглощенную энергию в силу индивидуальных свойств по теплопроводности.

    Если учесть все эти нюансы и настроить лазерный луч таким образом, чтобы область облучения металла лазером расплавилась как минимум, только в этом случае можно говорить об обработке металла резанием при помощи энергии лазерного луча. В процессе обработки металл подвергается двум фазам воздействия:


    Поэтому для металлoв разной толщины и разной структуры могут быть применены разные способы обработки. Один металл на определенном станке может просто плавиться, и этого будет достаточно, чтобы отделить одну часть заготовки от другой, а другому металлу будет необходимо выпаривание, то есть закипание и только потом он уже сможет испаряться. Обработка металла испарением практикуется крайне редко, поскольку для этого необходимы колоссальные затраты энергии. Практически же все станки по обработке металла выполняют ее по технoлогии плавления.

    Именно для этих целей, сокращения используемой энергии, в станке по лазерной обработке металлов применяется катализирующий газ. Он также помогает увеличить толщину обрабатываемого металла. Для работы с металлом при помощи лазера практически во всех станках используется один из этих элементов:

    Это уже будет газолазерный станок по обработке металлов.

    Функции газа в станке

    В условиях атмосферы применение такого станка без газа фактически сводит к нулю всю его энергию, о чем мы говорили выше, поэтому использование газа, как вспомогательного вещества, существенно ускоряет процесс резки и делает применение станка для резки металла лазером еще более универсальным. Обычный кислород при обработке металла может выполнять ряд важнейших функций:
    на начальном этапе резки он окисляет металл, что снижает его отражающие свойства;
    кислород поддерживает горение металла под воздействием мощного лазерного луча, а дополнительное тепло усиливает действие луча, повышая скорость резки металла лазером;
    при помощи кислорода под давлением снимается и удаляется из области обработки остатки материала и продукт его горения, что облегчает доступ газа к новой области обработки.

    Схема и виды ручного лазера для резки металла

    Любые лазеры для резки металла будут выполнены из таких главных узлов:

    1. Источника энергии.
    2. Рабочего органа, излучающего энергию.
    3. Оптоусилитель, системы зеркал, оптоволоконный лазер, которые повышают и усиливают излучение рабочего органа.

    В промышленности применяются два вида лазерных головок — твердотельная и газовая, которые могут быть нескольких видов. Рабочий орган, излучатель энергии размещен в энергоосветительных камерах, где активным телом может быть рубиновый прут, неодимовые пластины или алюмоиттриевые гранаты, легированные иттрием. В результате большого числа отражений луча, проходит накачка лазера энергией и луч вырывается через полупрозрачное стекло.

    Обычный лазер резки металла цена которого доступна для крупного предприятия, может иметь мощность в пределах 5 кВт. В таких небольших лазерных станках применяются системы с продольной прокачкой газа, где газ или смесь газов пропускается под давлением через электрогазоразрядную головку, в которую подается электричество для энергетического возбуждения газа.

    Таким образом работает простой газолазерный станок для резки металлов, с помощью которого может выполняться практически любая работа по обработке металла резанием.

    Лазерная резка на станках ЧПУ

    Лазерная резка на станках ЧПУ

    Лазерная резка на станках ЧПУ – это передовая технология обработки листового материала, широко применяемая во многих отраслях начиная от легкой промышленности и деревообрабатывающего производства, заканчивая рекламной, строительной и промышленной сферами. Данный способ особенно незаменим тогда, когда требуется высокоточная и быстрая обработка материалов.

    Современное лазерное оборудование позволяет обрабатывать не только металл, но другие материалы, такие как акрил, ткань, ПВХ, дерево, фанеру, искусственный камень и многие другие. Лазерные станки позволяют осуществлять не только серийное и мелкосерийное производство разнообразных деталей и заготовок, но и делать гравировку (наносить изображения) на поверхности табличек, вывесок и шильдиков, выполненных из различных материалов.

    Существуют различные виды станков лазерной резки, каждый из которых имеет ряд отличительных характеристик.

    Виды лазерных станков Оптоволоконные лазерные станки

    Оптоволоконные лазерные станки или станки с оптоволоконным иттербиевым лазером, обеспечивающим импульсное излучение, которое проводится через оптический оптоволоконный кабель - промышленное раскроечное оборудование, применяемое для высокоточной обработки и раскроя металла любой сложности. Лазерная головка имеет систему автофокусировки, которая может автоматически измерять, и контролировать фокусное расстояние, благодаря чему обеспечивается не только идеальное качество реза, но и высокая стабильность обработки. Цельносварная металлическая рама станка защищает от вибрационных нагрузок, что влияет на стабильность и качество работы оборудования в целом.

    Такие лазеры рассчитаны на многолетнюю интенсивную работу в производственных условиях при сменной загрузке на полную мощность.

    «Газовые» лазерные станки

    «Газовые» лазерные станки или станки с газовыми лазерами, активной средой в которых выступает смесь углекислого газа, азота и гелия – раскроечное оборудование, применяемое, в основном, для обработки резины, кожи, бумаги, пластика и дерева, исключая металлы. Энергией накачки в станках с газовыми лазерами выступает электрический ток, который формирует газовый разряд.

    В сравнение с «твердотельными станками лазерной резки, о которых пойдет речь далее, газовые лазеры имеют ряд отличительных характеристик:

    • простоту эксплуатации

    • более компактные размеры

    • более низкую стоимость

    • большую универсальность

    • более широкое разнообразие рабочих столов разных площадей

    • практически полностью отсутствующую способность работы с металлами (исключение составляет гравировка с применением специальных спреев или паст)

    • меньший срок службы лазерной трубки

    «Твердотельные» лазерные станки

    «Твердотельные» лазерные станки или станки с твердотельными лазерами, для генерации которых служат специальные монокристаллы – раскроечное оборудование, предназначенное для обработки листового металла. Энергией накачки в станках такого типа выступает поток света от светодиодной или ламповой подсветки. Именно такие станки применяются на предприятии «Металл-сервис» для высокоточной лазерной резки металла толщиной до 10 мм. С более подробной информацией об этой услуге можно ознакомиться в разделе «Лазерная резка» .

    Важным отличием «газовых» и «твердотельных» лазерных станков является длина лазерной волны. Поскольку не каждый материал «прозрачен» для генерируемого лазерного излучения определённой энергии для обработки разных материалов предназначены разные типы лазеров. Однако, несмотря на очевидные отличия «газовых» и «твердотельных» лазерных станков с ЧПУ их сложно назвать прямыми конкурентами.

    Для высокопроизводительной гравировки или маркировки изделий с возможностью сквозной резки металлов толщиной до 0,5 мм, а также точечной сварки металлов, лучше применять «твердотельный» лазерный станок. Во всех других случаях гораздо проще и дешевле использовать оборудование с газовой лазерной трубкой.

    Гравировка на металле Лазерные граверы

    Лазерные граверы или лазерно-гравировальные станки – высококачественные промышленные станки компактных размеров, предназначенные для лазерного раскроя и гравировки любых неметаллических материалов (пластика, оргстекла, дерева и т.д.).

    Станки такого типа пользуются большим спросом у производителей сувенирной и рекламной продукции, а также, в деревообрабатывающей отрасли, в сфере ритуальных услуг, при производстве POS-материалов, в полиграфической, текстильной и обувной промышленности. Лазерная трубка лазерно-гравировального станка генерирует лазерный луч, который с помощью линзы фокусируется, и через систему зеркал направляется на поверхность обрабатываемого материала. Мощность лазерного луча влияет на результат работы станка – при высокой мощности лазера осуществляется резка (раскрой) материала, на небольшой мощности лазер, не прорезая материал, оставляет на поверхности заданное оператором изображение (лазерную гравировку). В свою очередь, мощность лазерного луча задается компьютерной программой, и в процессе резки может регулироваться оператором лазерной машины.

    Независимо от класса лазерного станка и типа производства, где он применяется, преимущества использования лазерной резки на станках ЧПУ очевидны - она позволяет получать не только высококачественный и долговечный продукт, но и существенную экономию не только ресурсов предприятия, но и денежных средств.

    Copyright © 2002-2012 Металл-сервис Нелицензионное использование
    материалов данного сайта запрещено. Телефон в Москве 8 (499) 390-10-85 Телефон в Ярославле 8 (4852) 74-13-16

    Принцип работы станков лазерной резки RuAut - Центр промышленной автоматизации

    Принцип работы станков лазерной резки

    Недостатками механических методов резки являются: потеря материала, низкая производительность процесса, износ и поломка инструмента. Все это результат контакта инструмента с материалом. Основные недостатки термических методов резки: низкое качество реза и невозможность обработки не металлических материалов. Здесь бессильны и газопламенная и плазменные технологии. Лазерной резки поддаются практически все материалы независимо от твердости. Благодаря отсутствию механических усилий, могут разрезаться не жесткие материалы. А жесткие должны быть лишь зафиксированы без специального закрепления.

    Процесс лазерной резки легко автоматизировать. В состав автоматизированного станка для лазерной резки входят: лазер с источником питания, тракт передачи излучения в зону обработки, система управления. По механизму воздействия на материал лазерный луч аналогичен газовому пламени и плазменной дуге. Это тепловой источник. Однако концентрация его мощности на несколько порядков выше и составляет 100 000. 10 000 000 Вт/кв.см. Благодаря этому, обеспечивается высокая скорость резки, получение узкого разреза, минимальная протяженность зоны термического влияния, отсутствие деформации и крапления.

    Сущность лазерной резки состоит в расплавлении, разложении или испарении материала и удалении продуктов разрушения из канала реза. При работе станка лазерной резки в режиме испарения поверхность материала разогревается до температуры кипения и вещество из канала реза удаляется в парообразном состоянии. Механизм испарения характерен для материалов у которых удельная энергия испарения мало отличается от удельной энергии плавления. И как правило реализуется реализуется при облучении короткими импульсами с высокой плотностью мощности. Лазерная резка в режиме плавления характерна для металлов при действии на них непрерывного излучения. Для удаления расплава в зону обработки станка лазерной резки подается струя газа. Этот режим при низких скоростях резки характеризуется периодическим протеканием процесса образования и удаления расплава. Качество реза при этом невысокое. Увеличение скорости резки переводит процесс в стационарный режим. Качество реза в стационарном режиме повышается. Подача кислорода в зону обработки при резки например низкоуглеродистых сталей или титана за счет энерго вклада эзотермической реакции горения позволяет увеличить скорость резки в 1.5. 2 раза. При резке ряда полимерных материалов возможно образование слоя угля на кромках резки. Его толщина может быть значительно снижена при использовании нейтрального газа.
    Для подачи газа в зону лазерной резки применяют специальные сопла. При сверхзвуковых скоростях потока у кромки детали может появиться скачок уплотнения, ограничивающий скорость газа в канале реза. Оптимальное давление обеспечивающее максимальную кинетическую энергию потока составляет около 0.2 МПа.
    Существенное влияние на производительность процесса и качество работы станка лазерной резки оказывает распределение плотности мощности лазерного пучка. Оптимальным распределением плотности мощности считается нормальное или гауссовое. Важное значение имеет ориентация плоскости поляризации лазерного луча, определяемое положением вектора напряженности электромагнитного поля относительно направления резки. Максимальная скорость лазерной резки, минимальная ширина зоны термического влияния и параллельность кромок достигаются при совпадении плоскости поляризации и направления резки, когда энергия выделяется в основном только на лобовой поверхности резки. Поэтому при резки металлов по сложному контуру, поляризация должна быть или круговой или линейной, плоскость которой синхронно поворачивается с изменением траектории движения.
    С увеличением мощности лазерного излучения глубина прорезания увеличивается, достигая 10-12 мм для металлов. И 50-60 мм для неметаллических материалов. Поэтому наиболее эффективна лазерная резка при изготовлении деталей сложного контура из листовых материалов, соответствующих диапазону толщин. В станках лазерной резки применяются твердотельные лазеры периодического действия, газовые лазеры непрерывного действия, твердотельные лазеры непрерывного действия.
    От декоративных элементов садовых домиков до разнообразных деталей современных машин, таков диапазон применения станков лазерной резки.