Сферы применения лазерной обработки разнообразны, например: обработка материалов с помощью лазерной обработки, обработка военной техники, информатика, медицина, связь и др. Сферы лазерной обработки материалов подразумевает:

• резку листа;
• закалку;
• наплавку;
• сварку;
• обработка, такая как: гравировка и маркировка, а также многие иные технологические операции.

С помощью лазерной обработки материалов можно обеспечивать высокую точность и производительность, экономят электроэнергию и материалы.

Лазерная обработка материалов

Помимо механической резки в промышленности используется с помощью лазерной обработки, основанной на электрофизическом, электрохимическом и физико-химическом воздействий. А именно – плазменная резка и ацетиленокислородная резка, которые обеспечивают более высокую эффективность и производительность, если сравнивать их с механическими методами.

Но при всем этом они не обеспечивают потребной точности и чистоты реза, из-за чего в большинстве случаев обрабатываемому материалу требуется последующая механическая обработка. Электроэрозионная резка позволяет получать рез малой ширины и высокого качества, однако характеризуется достаточно низкой производительностью, что для любого предприятия – не целесообразно.

Сфокусированное лазерное излучение при лазерной обработки дает возможность лазерной обработки осуществлять практически любые сплавы и металлы, причем совершенно независимо от их теплофизических характеристик. При лазерной обработки абсолютно отсутствует механическое воздействие на материал. Вследствие чего можно выполнять лазерную обработку материала с высочайшей точностью, в том числе нежестких и легкодеформируемых деталей.

Благодаря невероятно огромной мощности излучения лазера обеспечивается не только качество, но и весьма и весьма высокая производительность самого процесса реза.

Лазеры

В твердотельном лазере накачка активного элемента реализовывается высоковольтными разрядными лампами, либо импульсными либо непрерывными, а длина волны излучения составляет - 1 мкм. Режим генерации лазера, также может быть или непрерывным или импульсным. Еще данный лазер оснащен режимом гигантского импульса Q-switch.

Лазеры c диодной накачкой. Накачка осуществляется мощными светоизлучающими диодами замес-то высоковольтной газоразрядной лампы. Лазеры достаточно дорогие в цене, но зато в их системе отсутствуют высокие напряжения. Ресурс диодных линеек гораздо значительнее ресурса газоразрядной лампы, к тому же лазеры c диодной накачкой лучше управляются непосредственно от электронных систем, что крайне важно.

CО2-лазеры – газовые. Основа данных лазеров – это смеси газов CО2-He-N2. Длина волны излучения составляет - 10 мкм. При этом возбуждение смеси CО2-лазера осуществляется различными видами электрического разряда (соответственно в газах). Самыми компактными и эффективными являются – щелевые (slab) лазеры, накачка которых производится высокочастотным разрядом. При помощи импульсных лазеров можно резать любую сталь, титан, алюминиевые сплавы, причем рез получается, весьма высокого качества. Также возможна с помощью лазерной обработки обработка и медных сплавов, но эффективность резки подобных материалов напрямую зависит от химических составляющих.

Лазеры-CО2 пригодны не только для лазерной обработки металлов и всяких сплавов, этими лазерами можно разрезать и практически любой неметаллический материал. Однако для ряда материалов сложной структуры, например: ДСП, граниты, бакелитовые фанеры все же не рекомендуется применять лазерную резку. Как правило, для лазерной обработки металлов необходим достаточно высокий уровень мощности (не менее 500 Вт), для разрезания цветных металлов еще больше - 1000 Вт и более.

Здесь особенно эффективны так называемые щелевые CО2-лазеры, обеспечивающие «суперимпульсный» режим излучения по сравнению с другими CО2-системами. То есть световой поток состоит из импульсов имеющих частоту 10-20 кГц, а не непрерывен. Таким образом, при средней мощности, к примеру, в 500 Вт - в импульсе мощность составляет 1000-1500 Вт. Что крайне важно при лазерной обработки металлов, так как ширина реза уменьшается в разы, кроме того уменьшается порог начала резки и существенно улучшается качество лазерной обработки в целом.

Неметаллические материалы твердотельные лазеры режут значительно сквернее газовых, но при этом имеют неоспоримое преимущество при резке непосредственно металлов – из-за того, что волна длиной в 1 мкм отражается хуже, нежели волна длиной в 10 мкм. Алюминий и медь для волны длиной в 10 мкм – практически идеально отражающая среда.

Технология

На сегодняшний день аналогичное по основным параметрам, качеству и набору опций оборудование стоит примерно одинаково. А поскольку современные системы лазерной обработки, которые представлены на российском рынке известными мировыми производителями такими как: Mazak (Япония), PrimaIndustrie (Италия), Bystronic (Швейцария), Trumpf (Германия) очень сходны, то естественно имеет смысл остановиться на характеристиках и общих свойствах присущих данным системам. Проще говоря, сформулировать совместные тенденции развития технологий лазерной обработки, а так же основные признаки лазерного комплекса предназначенного для резки материалов современного поколения.

За последние годы технологии лазерной обработки подверглись весьма значительным усовершенствованиям, например: увеличение толщины разрезаемого материала и производительности (т. е. скорости его разрезания). Сегодняшние крупные лазерные установки для резки различных материалов оснащаются CO2-лазерами обладающими мощностью до 6 кВт. Конечно, у типовых лазерных установок мощность лазера не превышает 4 кВт, но, тем не менее, это позволяет им резать листовую сталь толщиной до 19 мм (в отдельных случаях даже до 25 мм). Чтобы разрезать пластины из коррозионно-стойкой стали толщиной до 12 мм, для лазерной резки используют азот, который закачивается под высоким давлением.

Постепенно повышается и скорость лазерной обработки. К примеру, если на типовом лазерном оборудовании низкоуглеродистую оцинкованную листовую сталь толщиной 1,63 мм разрезают со скоростью составляющей 12,7 м/мин, то на современных лазерных установках эту же сталь, но толщиной более 2 мм, режут со скоростью 20 м/мин и даже свыше того. Кроме всего прочего, скорости быстрых перемещений рабочих элементов подобного лазерного оборудования достигают до 100 м/мин. Следовательно, производительность таких установок при лазерном сверлении листов толщиной в 2 мм достигает 3-4 отверстия в секунду, что, безусловно, является отличным показателем.

Стоит отметить еще одну тенденцию развития лазерных установок – автоматизация. Автоматизация в той или иной степени применяется в подавляющем большинстве лазерных установок. Здесь можно выделить устройства для загрузки листов крупных габаритов, загрузочно-разгрузочные системы, специальные башенные накопители, где заготовки сортируют по типу материала и толщине. Традиционно управление такого лазерного оборудования осуществляется при помощи ЧПУ, и на основе персональных компьютеров.

Стоит отметить, что при повторяемости +0,05 мм точность лазерной резки достигает 0,1 мм, причем высокое качество реза стабильное, поскольку зависит исключительно от постоянства скорости передвижения лазерного луча, у которого параметры остаются неизменны. Обычно лазерные установки компонуются так: стол, где устанавливаются листовые заготовки, подвижной портал УЧПУ для управления режущей головкой и самой головкой, причем следует отметить, что некоторые лазерные установки оснащают двумя режущими головками. Однако подобная компоновка применима только для разрезания небольших деталей.

Подавляющее большинство современных лазерных установок изготавливаются с маневренным лазерным лучом или «летающей» оптикой. При этом материал, который режется, остается совершенно неподвижным, потому как все делает перемещаемый по материалу лазерный луч, осуществляя запрограммированные резы. Сам лазер располагается на раме установки либо же рядом с ней (в данном случае непосредственно система подачи луча концентрирует его по осям Y и Х).

Установки с «летающей» оптикой предназначаются для обработки заготовок размером от 1,2 х 2,4 до 3 х 7,8 м. Оборудованы такие лазерные установки двумя спутниками, при этом каждый из них расположен непосредственно на личном рабочем столе. Данные спутники совместно со столами после отреза одной заготовки меняются своими местами, тем самым снимают со спутника отрезанную заготовку. Такая конструкция позволяет обеспечивать максимальное время применения лазерного луча, следовательно, использовать и максимальную производительность всей установки в целом.

Продолжают выпускать и лазерные установки комбинированного типа. В подобном оборудовании заготовка устанавливается на столе с передвижением по оси Х, а сама лазерная головка перемещается при лазерной обработки, как правило, по оси Y. Хотя они и гораздо проще по конструкции, но, тем не менее, они не обладают такой производительностью какая у лазерных установок с «летающей» оптикой. К примеру, скорость позиционирования при лазерной обработки в 3-10 раз выше, грузоподъемность вдвое, а при добавлении второго стола сменная производительность делается выше аж на 50-100% - разница очевидна.

Чрезвычайно важным фактором для лазерной обработки какого-либо материала является прошивка начального отверстия. Некоторые лазерные установки при помощи процесса летающей прошивки обладают возможностью получать до 4-х отверстий в секунду в холоднокатаной стали с толщиной 2 мм. Получение одного отверстия в листовом металлопрокате из горячекатаной стали большей толщины (до 19,1 мм) при лазерной обработки реализовывают с помощью силовой прошивки приблизительно за 2 с. Использование этих методов лазерной обработки позволяет увеличивать производительность и эффективность лазерной обработки до уровня, который имеют вырубные пресса с ЧПУ.