Лазерная резка металлов: принципы работы и преимущества

Лазерная резка металла подходит для резки листового металла толщиной до 80 мм и труб различного сечения. Лазерная резка металла активно вытесняет с рынка другие методы резки, потому что технология стремительно развивается, а скорость лазерной резки металла, максимально возможные толщины реза и производительность станков лазерной резки металла с каждым годом увеличиваются.

В этой статье мы объясним основные принципы работы станков для лазерной резки металла, в чем их преимущества перед другими технологиями, какие металлы можно резать и что можно производить с помощью лазерной резки металла, и как различаются модели.

Принцип работы лазерной резки металла

Современные станки для лазерной резки металла используют в качестве излучателя источник волоконного лазера. Процесс генерации происходит в диодах накачки с помощью резонатора, а затем лазерный луч подается по оптоволокну на лазерную головку лазерного резака по металлу, в которой находятся коллиматор и фокусирующая линза.

Сфокусированный лазерный луч имеет высокую плотность мощности благодаря своей монохроматичности и когерентности.

Монохроматический означает, что спектр излучаемых длин волн настолько узок, что можно сказать, что фотоны лазерного излучения имеют одинаковую или близкую длину волны.

Когерентность относится к когерентности волновых движений лазера. Временная когерентность обеспечивает когерентность колебаний в одной и той же точке пространства в разное время, а пространственная когерентность обеспечивает однонаправленность лазерного излучения и предел дифракции.

Именно благодаря этому станок лазерной резки металла способен фокусироваться в точку диаметром 0,01 мм при плотности мощности 10¹³Вт и более, что позволяет лазерному излучению нагревать металл до температуры плавления на поверхности в 8 раз. меньше человеческого волоса за долю секунды.

В импульсном режиме продолжительность каждого одиночного импульса может достигать 10‾¹⁵ секунд. Лазерная резка металла делится на два основных метода: резка плавлением и сублимационная резка.

Лазерная резка металлов

Высокая плотность мощности лазерного луча мгновенно расплавляет металл, а в зону резки подается вспомогательный газ, который выдувает расплавленный материал, а также может охлаждать область вокруг зоны резки.

При лазерной резке металла нагрев происходит локально на небольшой площади вокруг точки удара, благодаря чему материал не перегревается и не деформируется.

Лазерная сублимационная резка металлов

Этот метод чаще используется в микротехнике для лазерной резки тонких металлов. Это очень энергозатратно, поскольку для испарения материала без деформации используются мощные наносекундные лазеры. Производительность в 5-8 раз ниже, чем при лазерной резке металлов.

Преимущество лазерной резки перед другими методами резки металла

Лазерная резка металла – один из самых молодых и в то же время самых передовых методов резки листового металла и труб. Он имеет следующие преимущества:

1. Отсутствие отходов металлической стружки, металлической пыли или вспомогательных материалов, таких как песок, при гидроабразивной резке;
   
2. Простая и безопасная эксплуатация станка для лазерной резки металла. Нет необходимости иметь специально оборудованное помещение и защитные костюмы;
   
3. Точная лазерная резка металла. Диаметр лазера до 0,01 мм, точность репозиционирования - 0,02 мм;
   
4. Материал не деформируется. Зона термического влияния настолько мала, что при лазерной резке металла нет времени на достаточный нагрев;
   
5. Идеально чистый срез. После лазерной резки металл не нуждается ни в какой постобработке, на поверхности реза нет заусенцев и шлаков, а готовое изделие часто идет в работу без постобработки;
   
6. Лазерная резка сложных металлических проектов. В отличие, например, от ленточной пилы, лазер может вырезать контуры любой сложности;
   
7. Скорость действия. Станки для лазерной резки металла Wattsan развивают скорость до 60 м/мин при лазерной резке металлов, особенно тонких листов. и скорость холостого хода до 140 м/мин;
   
8. Жизнеспособность. Срок службы станка для лазерной резки металла более 11 лет;
   
9. Компьютерное числовое управление. Система управления станком выполняет большинство операций лазерной резки металла, обеспечивая полную согласованность продукта и сводя к минимуму неточности и брак;
   
10. Легко обучаема. Основные принципы лазерной резки металла и работы на станке лазерной резки металла можно освоить за один рабочий день;
    
11. Универсальность машины. Вывод нового продукта на рынок может занять несколько минут; во время работы конфигурация продукта может быть изменена оператором в соответствии с поставленной задачей;
    
12. Нет расходных материалов. При эксплуатации станка для лазерной резки металла расходные материалы либо отсутствуют, либо дешевы;
13. Основной расход - материальные и вспомогательные газы.
    

Лазерная резка металлов. Какие металлы можно резать

Для лазерной резки подходят следующие металлы:

• Углеродистая сталь;
  
• оцинкованная сталь;
  
• легированная сталь;
  
• Нержавеющая сталь;
  
• медь;
  
• латунь;
  
• алюминий;
  
• титан.
  

Если станок для лазерной резки металла оснащен специальным узлом, он может резать не только листовой металл, но и трубы круглого и прямоугольного сечения. Существуют также специализированные станки для лазерной резки металлических труб.

Для лазерной резки черных металлов используется воздух или кислород. Воздушная лазерная резка металла требует использования компрессора, и этим методом можно резать относительно небольшие толщины до 3-5 мм. Но при достаточной мощности лазерного источника максимальная толщина материала может достигать 20 мм. Лазерная резка металла кислородом ускоряет резку в несколько раз.