Лазерный станок для резки металла: особенности и виды

Здравствуйте, друзья! С Вами 3Dtool и темой сегодняшней статьи станут наши рекомендации о том как выбрать лазерный станок . Мы сформулируем для вас 5 основных и пару дополнительных пунктов, которые помогут понять, какой конкретно лазерный станок лучше всего подходит под ваши задачи.

Выбирая то или иное оборудование, неподготовленному человеку зачастую сложно правильно структурировать свои запросы и понять, какой же станок приобрести. Параметров и характеристик машины имеют бесчисленное множество, но не так просто расшифровать, что же скрывается за их обилием и как определить, какие из них ключевые при выборе в вашем конкретном случае. Глобально, лазерные гравировальные станки делятся на два вида. Газовые, чаще всего с CO2 излучателями, и на твердотельной основе. Наибольшее распространение на рынке получили CO2 лазеры благодаря относительной ценовой доступности и простоте использования. Об этой категории сегодня и пойдет речь.

Для начала необходимо определиться, с каким материалом вы планируете работать? Это и будет нашим первым пунктом.

Пункт № 1: С каким материалом вы планируете работать ?

Начнем с металлов: Из-за сложности и дороговизны обработки твердых листовых металлов, данную категорию материала мы выносим за скобки. Лазерные станки заточенные под эти задачи стоят многие миллионы рублей и требуют особо подготовленных помещений для своей работы.

Например — https://3dtool.ru/product/lazernyj-stanok-raylogic-fiber-1530-luxe-1500/

Другое дело это обработка дерева, ткань и полимеры: станки с лазерной трубкой CO2 малого и среднего форматов могут обрабатывать широкий спектр материалов. В первую очередь дерево и его производные, так же листовые полимеры (поликарбонат, оргстекло) и некоторые виды композитных материалов, например ламинат.

Так же, лазерные раскройщики применяются при резке картона и бумаги, различных видов ткани и даже кожи. От вида материала зависит подбор мощности лазерной трубки. К примеру, для гравировки/резки, бумаги/картона и тонких материалов, до 4х мм толщиной подойдут маломощные трубки 20 — 30 вт.

Для раскроя и глубокой гравировки более толстых и твердых материалов понадобится трубка 60 — 80 вт. Такой мощности будет достаточно для реза фанеры до 6ти мм толщиной. Если требуется обрабатывать материалы 8мм и более, потребуется соответствующая мощность, от 100/130 вт. Чем мощнее трубка, тем, соответственно будет дороже и сам станок. Во внимание следует принимать с срок службы этих компонентов. Т.к. чем интенсивнее режет лазер, тем быстрее деградирует его трубка. В среднем, для качественных лазерных излучателей срок службы составляет 7 — 10 тысяч часов. Под часами следует понимать чистое время непрерывной работы лазера во время реза.

Для работы с большинством материалов требуется доступ к подключению постоянной принудительной вентиляции т.к. в рабочей зоне лазерной установки происходит процесс горения. Если же речь идет о таких материалах как оргстекло, акрил и поликарбонат, вентиляция должна обладать еще и фильтрующими элементами, или быть подключена через полноценный фильтрационный шкаф. Некоторые виды материалов запрещено использовать в необорудованных для этого помещениях. Например ПВХ или ПВБ из-за ядовитых веществ входящих в их состав.

Пункт № 2: Размер области обработки

Под масштабом следует понимать размеры обрабатываемых поверхностей и удобство их загрузки в рабочую камеру станка. Габариты помещения и самого лазерного станка. Например, для частого раскроя рулонов ткани, лучше подойдет станок со средней шириной рабочего поля, например до 800 мм в ширину и возможностью сквозной подачи материала. То есть корпус станка должен иметь сквозной проход от задней стенки до передней для подачи материала на уровне рабочей зоны. Нелишним так же будет и наличие вакуумного стола в комплектации, для лучшей фиксации материала при обработке. Однако, для гравировки небольших партий фигурных брелоков, значков или других малогабаритных предметов, будет достаточно станка с небольшим закрытым объемом и заранее нарезанных, под размеры рабочей области кусков материала. Если распил материала перед использованием в станке невозможен, или затруднен, лучше подобрать установки с подходящими под стандартные типоразмеры габаритами. Например, размеры стандартного листа шлифованной фанеры 4мм, или оргстекла, составляют 2019 на 2019 мм, или 2019 на 2019 и наиболее распространены у нас в стране. Соответственно, ширина рабочего поля станка для работы с такими листами должна быть не менее 2х метров шириной.

Пункт №3: Определитесь с видом обработки

Резать, или гравировать? Не все современные станки обладают возможностью одновременной резки и гравировки. Режимы работы лазера и подбор компонентов сильно различаются в том и в другом случае. Для реза вам необходим мощный и быстрый станок, который будет позволять достигать достаточной производительности. Например, вы подготавливаете вырубные штанцформы для последующей вырубки материала. Чем быстрее и качественнее будет выполнен рез, тем быстрее штанцформа отправиться под тигельный пресс вырубать очередной тираж. В случае, если станок приобретен для хобби, подойдет маломощный станок среднего размера, который можно будет установить в небольшой мастерской. Такие станки заточены на гравировку и рез тонких материалов, вроде картона и тонкого шпона/фанеры. Если же, ваша деятельность затрагивает сферу услуг, понадобится универсальный аппарат, обладающий достаточной мощностью и возможностью одновременно запускать и программу реза, и программу гравировки, чтобы экономить ваше время и время клиента.

Пункт №4: Комплектация станка и базовые компоненты  

Универсальность станка, его отказоустойчивость и надежность, сильно зависят от компонентов, из которых он собран. При выборе, необходимо обращать при

сталь

ное внимание на механику и кинематику аппарата, на элементную базу оптической системы и контроллер (плату) управления. Например, для гравировки на бумаге или картоне, для раскройки тонких листов оргстекла или фанеры, подойдет самый простой и небольшой однозадачный станок. С цилиндрическими направляющими в механике, отсутствием дополнительных интерфейсов подключения и прямым управлением с компьютера, он порадует стоимостью и выполнит все поставленные перед ним задачи достаточно хорошо. Если же ваша деятельность лежит в сфере предоставления услуг, лучше всего будет приобрести универсальный аппарат с возможностью выполнения нескольких задач за один прогон. Например, выполнить гравировку разной глубины, а потом вырезать получившиеся детали по контуру. Как правило, станки выполняющие сразу несколько заданий за одну сессию (прогон), имеют дополнительный интерфейс управления с дисплеем и возможность запускать задания через карту памяти/флеш карту. Из представленных на отечественном рынке аппаратов такими возможностями обладают гравировальщики на основе контроллера (платы) Ruida, их легко отличить по характерному дизайну интерфейса и кнопок управления на корпусе.

Так же, необходимо определить, входит ли в комплект поставки улитка вытяжки и чиллер/помпа, для нагнетания и охлаждения жидкости в лазерной трубке. Без этих компонентов, вы не сможете работать на аппарате.

Пункт №5: Страна производства и наличие сервиса

Немаловажным фактором при выборе оборудования, является страна производитель и продавец станка. Чаще всего клиенты начинают поиск на известных азиатских торговых площадках, надеясь сэкономить, однако сильно рискуют, т.к. не прошедший заводской и препродажный контроль станок, будет довольно проблематично вернуть продавцу, или выполнить его гарантийный ремонт в случае поломки или брака. Работа же с местными производителями и зарекомендовавшими себя продавцами, как минимум облегчает эту головную боль, а то и снимает ее полностью. В случае форсмажорной ситуации, к вам всегда сможет придти на помощь техподдержка локального представителя. Согласитесь, что останавливать рабочий процесс из-за невозможности вызвать мастера для оперативной дефектовки и калибровки станка дорогого стоит. Из тех марок, которые наиболее распространены у нас, можем назвать компании RayLogic, Yarov и Jumper. Станки этих производителей стоят если не в каждом ЦМИТЕ и мастерской, то уж в бОльшей их части точно.

Что ж, надеемся, данный обзор был вам полезен и хоть немного помог разобраться в обилии гравировально — раскроечных лазерных станков и принципах их подбора.

На этом все! Ровной вам фанеры и откалиброванного лазера!

Гравировально – раскроечные станки с ЧПУ: https://3dtool.ru/category/chpu/filter/tip_stanka-is-lazernye-gravery/

Не забывайте подписываться на наш YouTube канал!

Как выбрать лазерный станок для резки металла?

Лазерные металлорежущие станки (резаки по металлу) по праву занимают одно из ведущих мест среди инновационного оборудования, используемого в различных отраслях народного хозяйства: металлургии, машиностроении, мебельном производстве и других. Все потому, что с их помощью можно получить детали самой сложной конфигурации с высокой степенью точности без необходимости дальнейшей обработки по контуру. При этом с учетом минимальной толщины реза и рационального раскроя листа можно добиться безотходного производства.

К достоинствам такого процесса можно также отнести:

  • высокую производительность;
  • наличие автоматизированной системы управления;
  • снижение себестоимости продукции

Критерии выбора лазерных металлорежущих станков Многие руководители рано или поздно задумываются об обеспечении своих предприятий и компаний такого рода высокотехнологичными агрегатными механизмами. Ведь иметь на производстве хотя бы один лазерный станок для резки металла — это отказаться от устаревшего и малоэффективного оборудования и при минимуме энергозатрат обеспечить необходимым объемом деталей и заготовок участок сборки. Но поскольку существует несколько видов такой техники, да еще по высокой стоимости, к выбору модели для каждого определенного случая следует подходить индивидуально. Попробуем разобраться, на что обратить внимание, выбирая лазерный металлорежущий станок для конкретного производства.

Особенности работы лазерного резака
Для начала разберемся с конструкцией лазерного станка и с особенностями его работы. Лазерный резчик, тот же резак по металлу, состоит из следующих узлов:

  • излучателя, который генерирует узконаправленный импульс или поток фотонов;
  • системы перемещения газа, предназначенного для охлаждения излучателя и выдувания расплавленного металла из рабочей зоны;
  • привода, используемого для перемещения излучателя над поверхностью резания;
  • координатного стола, на который укладывается лист металла либо обрабатываемая заготовка;
  • автоматизированной системы управления (АСУ) либо ЧПУ.

Технология лазерной резки заключается в испарении либо выдувании при помощи потока газовой смеси тонкого слоя металла, расплавленного под воздействием мощных излучателей (лазеров). Такой способ обработки гарантирует получение высокого качества среза как всех

видов листовых сталей, так и цветных металлов и сплавов.

Разновидности лазеров: сравнение газовых и волоконныхОпределимся с разновидностями лазеров, поскольку принцип работы лазерных установок заключается в фокусировке луча, обеспечивающего высокую концентрацию энергии на поверхности материала. Диаметр этого луча составляет всего несколько десятков миллиметра, что обеспечивает малую толщину реза. Процесс расплавления и изменения структуры металла происходит в случае достижения мощности луча до определенных значений.

Существуют следующие типы лазеров:

  • газовые, в которых роль активной среды играет смесь углекислого газа, азота и гелия;
  • волоконные, использующие в качестве активной среды оптические волокна;
  • твердотельные, где место активной среды занимают кристаллы и особые виды стекла.
  • диодные.

Рассмотрим основные два, занимающие верхние строчки в списке, и проведем их сравнительный анализ. При этом обратим внимание на три важных момента, которые следует учитывать при выборе лазерного станка:

  1. Эффективность резки какого-либо материала зависит от длины волны излучения. Так, волоконные лазеры с коротковолновым излучением показывают высокие показатели качества в случае с резкой тонколистового металла толщиной до 3 мм. Газовые лазеры, у которых волна излучения длиннее, демонстрируют отличные результаты при резке листов металла большой толщины.
  2. Волоконные лазеры имеют более высокую стоимость установки в сравнении с газовыми аналогами.
  3. Оборудование, оснащенное волоконными лазерами, отличается небольшими габаритами и продолжительным сроком службы в 100 тыс. часов, обусловленным качеством оптоволокна и отсутствием перегрева.
  4. Пятно, излучаемое световым лучом волоконного лазера, отличается небольшими размерами при хорошей глубине резкости по сравнению с газовым лазером.
  5. При обработке металлов при помощи волоконных лазеров можно добиться получения более точных квалитетов

Рабочее поле: на что обратить внимание

При выборе лазерного металлорежущего станка также необходимо определиться и с размерами рабочего поля координатного стола. В случае с необходимостью выполнения раскроя материала, следует остановить выбор на модели с большим столом. Если же нужно воплотить идеи, связанные с декоративно-прикладным искусством, можно приобрести лазерный резак по металлу с габаритами поменьше.

Покупая лазерное металлорежущее оборудование, следует знать следующее: если мощность лазера можно увеличить, то стол поменять нельзя — он меняется вместе со станком.

Оборудование, используемое для управления лазерным резаком Для управления лазерным резаком по металлу, как правило, используется компьютеризованная система управления АСУ либо ЧПУ. С ее помощью производится

контроль и управление параметрами лазера, передача команд на исполнительные модули координатного стола и системы перемещения и излучения газа.

Вывод
В последнее время металлообрабатывающая индустрия предлагает вместе с лазерным оборудованием множество видов металлообрабатывающих агрегатов, позволяющих проводить разделение даже самых твердых сплавов в считанные минуты и с минимальным участием человека в процессе.

Это:

  1. Гильотина, осуществляющая резку металлических листов на полосы при помощи специальных ножей по металлу.
  2. Плазменные станки, используемые для раскройки токопроводных материалов и работающие с применением плазмотронов.
  3. Газокислородные агрегаты, предназначенные для раскройки металла большой толщины путем его нагревания до температуры 2019 градусов и подачи тонкой струи кислорода на заранее подготовленные участки.
  4. Гидроабразивное оборудование, которое обеспечивает резку металла толщиной до 300 мм путем воздействия на срез струи воды, смешанной с абразивным материалом, под давлением 5 тыс. атмосфер.

Однако ни один металлорежущий агрегат не входит ни в какое сравнение с лазерным резаком по металлу, способным осуществлять раскрой любой сложности с получением идеально ровных краев без наплывов и заусенцев.

Лазерный станок для резки металлических заготовок и деталей считается самым технологичным и совершенным оборудованием среди аналогов. С помощью такого прибора получается настолько точный и качественный рез, что ему не нужна дополнительная корректировка. Кроме того, технология лазерной резки позволяет добиться высочайшего уровня производительности.

Характерные особенности

Специалисты смогли собрать воедино энергию (химическую, тепловую, электрическую, световую и т. д. ) и образовать с ее помощью концентрированный поток излучения — лазерный луч. Сегодня благодаря технологическому развитию появилась возможность изменять плотность потока излучения и разрезать им различные материалы, не причиняя вреда окружающему пространству и окружению, в отличие от большинства иных видов обработки.

Лазерный луч имеет следующие особенности:

  1. Монохроматичность — длина волн и мощность лазера постоянна, что облегчает фокусировку луча на том или ином объекте. Такой эффект получается благодаря специальной оптической системе.
  2. Точная направленность также значительно облегчает концентрацию излучения. При сравнении лазера и прожекторного света можно выяснить, что у последнего направленности в сотни раз больше.
  3. Когерентность. Показатели мощности лазера регулируются посредством изменения интенсивности энергетических колебаний.

Уникальные пользовательские характеристики лазера позволяют использовать его во многих сферах, в том числе и в строительстве. Кроме того, с его помощью можно добиться высочайших показателей производительности.

Плюсы и минусы

Лазер используют во многих сферах. К его преимуществам относятся следующие:

  1. Отлично обрабатывает тонкие и толстые листы металла (от 0,2 до 20 миллиметров).
  2. Бесконтактный способ позволяет обрабатывать даже достаточно хрупкие материалы.
  3. Высокий уровень точности. Технология лазерной резки производится с помощью высокотехнологичного оборудования в полностью автоматизированном режиме. При этом погрешность не превышает 0,1 миллиметра.
  4. Минимальное количество отходов. При обработке стружка и опилки не летят в разные стороны.
  5. Возможность обрабатывать с помощью машин изделия сложной конфигурации.

Впервые лазер создали в 60-х годах минувшего столетия. С той поры технология постоянно совершенствовалась. Специалисты при этом избавились от большей части недостатков лазерного луча. Из минусов современного лазерного оборудования можно выделить лишь дороговизну и невозможность обрабатывать металл с толщиной более 2 сантиметров.

Как производится резка

Луч лазера контактирует с поверхностью металлопроката, увеличивая ее температуру. Верхние слои раскаляются и подвергаются расплавлению, преобразуясь в текучее состояние. Так энергетический поток углубляется в материал, расплавляя каждый из слоев. Существует две методики резки: испарением и плавлением.

Первая технология применяется исключительно для резки тонколистовой стали, потому что она нуждается в значительных затратах энергии. Плавление же является самой популярностью разновидностью резки лазером, которая используется в промышленных условиях. Подобная обработка позволяет немало экономить на энергии. Следует отметить, что для резки металлических листов большой толщины применяется кислород или азот. В процессе резки газ впускается в сформированный шов, что позволяет экономить энергию и избежать ручной доработки материала.

Разновидности оборудования

Лазерные станки по металлу постоянно подвергаются модернизации. На сегодняшний день существует несколько групп станков:

  1. Газовое оборудование для лазерной резки металла оснащено поперечной или продольной системой газоподачи. Газ при этом подается на обрабатываемый участок с помощью специальной трубки, подключенной к насосу. Такие станки позволяют экономить электроэнергию.
  2. Твердотельное оборудование для резки металла. Это импульсные устройства, которые вырабатывают много энергии за короткое время. Их можно настроить и на беспрерывное функционирование, но в подобном режиме их производительность несколько меньше. Рабочая зона включает в себя стержень и лампу накачки.
  3. Газодинамические станки конструктивно напоминают газовое оборудование. Разница лишь в том, что в них газовая смесь нагревается до температуры более 2019 градусов. Нагретые газы проходят сквозь сопло со сверхзвуковой скоростью. Однако эта технология обработки применяется лишь в редких случаях, так как стоит очень дорого.

Независимо от разновидности способа лазерной резки металла в оборудовании установлены зеркала резонатора и излучатель. Кроме того, самые современные модели дополнительно оборудованы автоматическим управлением и средой для накачки газовых смесей.

Наличие компьютерного управления позволяет точно регулировать режим работы установки и выполнять множество иных функций. Также встроенная программа дает возможность использовать плазменный аппарат для нанесения штрихкодов и идентификационных рисунков.

Лазерную резку используют для раскроя листовых материалов, чаще всего – металлов. Одно из ее главных отличий – возможность изготовления деталей со сложным контуром.

Принципы работы лазерной резки

Использование этого метода основано на тепловом воздействии лазерного излучения на материалы. При этом разрезаемый металл нагревается сначала до температуры плавления, а потом до температуры кипения, при которой он начинает испаряться. Лазерная резка испарением требует высоких энергозатрат, поэтому ее используют для работы с тонкими металлами.

Относительно толстые листы разрезают при температуре плавления. Чтобы облегчить этот процесс, в зону резки подается газ: азот, гелий, аргон, кислород или воздух. Его задача – удалять из зоны резки расплавленный металл и продукты его сгорания, поддерживать горение металла и охлаждать прилегающие зоны. Наиболее эффективен для этого кислород. Он заметно увеличивает скорость и глубину резки.

Подробнее о процессе лазерной резки можно узнать из видео ниже:

Параметры резки разных металлов

Скорость резки зависит не только от мощности лазера и толщины металла, но и от его теплопроводности. Чем она выше, тем интенсивнее отводится тепло из зоны резки и тем более энергозатратным будет весь процесс. Так, если лазером мощностью 600 Вт можно легко разреза́ть черные металлы или титан, то алюминий или медь, обладающие высокой теплопроводностью, обрабатывать значительно сложнее. Средние параметры для работы с разными металлами выглядят следующим образом:

Малоуглеродистая

сталь

Инструментальная

сталь

Нержавеющая

сталь

Титан
Толщина, мм 1,0 1,2 2,2 3,0 1,0 1,3 2,5 3,2 0,6 1,0
Мощность лазера, Вт 100 400 850 400 100 400 400 400 250 600
Скорость резания, м/мин 1,6 4,6 1,8 1,7 0,94 4,6 1,27 1,15 0,2 1,5

Виды лазерной резки

Лазерные установки состоят из трех основных частей:

  1. Рабочей (активной) среды. Она является источником лазерного излучения.
  2. Источника энергии (системы накачки). Он создает условия, при которых начинается электромагнитное излучение.
  3. Оптического резонатора. Система зеркал, усиливающих лазерное излучение.

По типу рабочей среды лазеры для резки делят на три вида:

  1. Твердотельные. Их основным узлом является осветительная камера. В ней находятся источник энергии и твердое рабочее тело. Источником энергии служит мощная газоразрядная лампа-вспышка. В качестве рабочего тела используют стержень из неодимового стекла, рубина или алюмо-иттриевого граната, легированного неодимом или иттербием. По торцам стержня устанавливают два зеркала: отражающее и полупрозрачное. Лазерный луч, излучаемый рабочим телом, многократно отражается внутри него, усиливается в ходе отражений и выходит через полупрозрачное зеркало.

К твердотельному виду относятся и волоконные лазеры. В них излучение усиливается в стекловолокне, а источником энергии служит полупроводниковый лазер.

Так устроен твердотельный лазер

Для понимания механизма работы лазера можно рассмотреть установку с рабочим телом в виде стержня из граната, легированным неодимом. Ионы последнего и служат активными центрами. Поглощая излучение газоразрядной лампы, ионы переходят в возбужденное состояние, то есть у них появляется излишек энергии.

Ионы возвращаются в исходное состояние и отдают энергию в виде фотона – электромагнитного излучения или по-другому света. Фотон вызывает переход в обычное состояние других возбужденных ионов. В итоге процесс нарастает лавинообразно. Зеркала способствуют движению луча в определенном направлении. Многократно возвращая фотоны в рабочее тело при отражении, они способствуют образованию новых фотонов и усилению излучения. Его основные характеристики – малая расходимость луча и высокая концентрация энергии.

  1. Газовые. В них рабочим телом является углекислый газ или его смесь с азотом и гелием. Газ прокачивается насосом через газоразрядную трубку. Он возбуждается с помощью электрических разрядов. Для усиления излучения устанавливают отражающее и полупрозрачное зеркало. В зависимости от особенностей конструкции такие лазеры бывают с продольной и поперечной прокачкой, а также щелевые.

Так устроен газовый лазер с продольной прокачкой

  1. Газодинамические. Эти лазеры самые мощные. В них рабочим телом является углекислый газ, нагретый до 1 000–3 000 °К (726–2726 °С). Он возбуждается с помощью вспомогательного маломощного лазера. Газ со сверхзвуковой скоростью прокачивается через суженный посередине канал (сопло Лаваля), резко расширяется и охлаждается. В результате его атомы переходят из возбужденного в обычное состояние и газ становится источником излучения.

Схема работы газодинамического лазера

Преимущества и недостатки лазерной резки

Можно выделить следующие преимущества лазерной резки металлов:

  • Нет механического контакта с поверхностью разрезаемого металла. Это делает возможным работу с легкодеформируемыми или хрупкими материалами.
  • Можно разрезать металлы разной толщины. Сталь в пределах 0,2–30 мм, алюминиевые сплавы – 0,2–20 мм, медь и латунь – 0,2–15 мм.
  • Высокая скорость резки.
  • Возможность изготовления изделий с любой конфигурацией.
  • Чистые кромки разрезаемого металла и низкое количество отходов.
  • Высокая точность работы – до 0,1 мм.
  • Экономный расход листового металла за счет более плотной раскладки деталей на листе.

Недостатками лазерной резки считаются высокое энергопотребление, дорогое оборудование.

Назначение и критерии выбора лазерной резки

Лазерную резку используют для обработки не только металлов, но и резины, линолеума, фанеры, полипропилена, искусственного камня и даже стекла. Она востребована при изготовлении деталей для различных приборов, электротехнических устройств, сельскохозяйственных машин, судов и автомобилей. Такой способ раскроя материала используют для получения жетонов, трафаретов, указателей, табличек, декоративных элементов интерьера и многого другого.

Основной критерий выбора вида лазерной резки – тип обрабатываемого материала. Так, углекислотные лазеры подходят для резки, гравировки, сварки разных материалов – металла, резины, пластика, стекла.

Твердотельные волоконные установки оптимальны при раскрое латунных, медных, серебряных или алюминиевых листов, но не подходят для неметаллов.