Что такое лазерная резка?

Лазерная резка — это высокоточный и эффективный производственный процесс, который использует сфокусированный лазерный луч для резки, гравировки или придания формы различным материалам. Эта передовая технология произвела революцию в таких отраслях, как металлообработка, автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность, электроника и даже декоративно-прикладное искусство. В отличие от традиционных методов резки, которые полагаются на механическую силу, лазерная резка использует интенсивное тепло для испарения, плавления или прожигания материалов, обеспечивая чистые, точные и сложные разрезы с минимальными отходами.
Процесс совместим с широким спектром материалов, включая металлы, пластик, дерево, стекло и композиты, что делает его важным инструментом в современном производстве. Его основные преимущества включают высокую точность, гладкие края, уменьшенную деформацию материала и способность обрабатывать сложные геометрии. Поскольку автоматизация и цифровое управление продолжают развиваться, лазерная резка стала незаменимым решением для отраслей, требующих скорости, последовательности и точности. В этой статье рассматриваются основы лазерной резки, ее принципы работы, типы, области применения и преимущества.

Введение в лазерные очистные машины

Развитие лазерной технологии стало новаторским путешествием, преобразившим различные отрасли, включая производство, медицину и телекоммуникации. Основы технологии лазерной резки можно проследить до начала 20-го века, когда Альберт Эйнштейн представил концепцию стимулированного излучения в 1917 году. Этот теоретический принцип заложил основу для изобретения первого функционального лазера в 1960 году Теодором Майманом, который использовал кристалл рубина для генерации когерентного светового луча.
К концу 1960-х годов ученые и инженеры начали изучать потенциал лазеров для промышленного применения. В 1965 году исследовательский центр Western Electric Engineering разработал первую систему лазерной резки, специально предназначенную для сверления отверстий в алмазных штампах. Вскоре после этого, в 1970-х годах, CO₂-лазеры стали практичным инструментом для резки неметаллических материалов, в то время как достижения в области мощных лазеров позволили резать металлы. В 1980-х и 1990-х годах интеграция технологии числового программного управления (ЧПУ) произвела революцию в лазерной резке, обеспечив большую точность, автоматизацию и эффективность. Разработка волоконных лазеров в начале 2000-х годов еще больше увеличила скорость, мощность и энергоэффективность, сделав лазерную резку незаменимым производственным процессом.
Сегодня лазерная резка продолжает развиваться благодаря достижениям в области искусственного интеллекта, автоматизации и сверхбыстрых лазеров, расширяя границы точности, эффективности и совместимости материалов в современных промышленных приложениях.

Основы лазерной резки

Лазерная резка — это точный и эффективный процесс, который использует высокоэнергетические лазерные лучи для резки, гравировки или формовки материалов. Чтобы полностью понять эту технологию, необходимо изучить фундаментальные аспекты лазерной резки, включая природу лазерного света, как генерируются лазеры, доставку и фокусировку лазерного луча, а также тепловые процессы, участвующие в резке.

Природа лазерного света

Лазер означает усиление света путем вынужденного излучения. В отличие от обычных источников света, лазерный свет является монохроматическим, то есть состоит из одной длины волны. Он также когерентен, то есть все световые волны синхронизированы и движутся в фазе, что позволяет осуществлять точную фокусировку. Кроме того, лазерные лучи высококоллимированы, то есть они остаются узкими и не рассеиваются значительно на больших расстояниях, что обеспечивает высокую концентрацию энергии для резки.

Как генерируются лазеры

Лазеры производятся путем возбуждения атомов или молекул в среде усиления, которая может быть газом (например, CO2), твердотельным кристаллом (например, Nd: YAG) или оптоволокном (как в волоконных лазерах). Когда эти атомы возвращаются в состояние с более низкой энергией, они испускают фотоны, которые усиливаются зеркалами внутри лазерного резонатора. Это контролируемое усиление приводит к мощному и сфокусированному лучу, который направляется для резки. Выбор типа лазера зависит от обрабатываемого материала, при этом CO2-лазеры подходят для неметаллов, а волоконные лазеры предпочтительны для резки металлов.

Доставка и фокусировка лазерного луча

После генерации лазерный луч должен быть точно доставлен к заготовке. В системах резки CO2-лазером зеркала и линзы направляют и фокусируют луч, в то время как в системах волоконного лазера оптические волокна направляют луч к режущей головке. Фокусирующая линза или параболическое зеркало используются для концентрации луча в тонкую точку, увеличивая его интенсивность и позволяя ему эффективно резать материалы. Фокусная точка имеет решающее значение, поскольку она определяет точность и качество реза, а неправильная фокусировка приводит к грубым краям или неэффективной резке.

Термические процессы при лазерной резке

Процесс резки основан на интенсивном тепле, генерируемом лазерным лучом, который взаимодействует с материалом одним из следующих способов:

Резка испарением: Лазер нагревает материал до точки кипения, заставляя его испаряться. Это обычное явление для тонких материалов и высокоточной резки.
Резка плавлением: материал расплавляется, а для выдувания расплавленного материала используется вспомогательный газ (например, азот или аргон), что позволяет получать чистые разрезы.
Резка окислением (газовая резка): кислород используется в качестве вспомогательного газа для реакции с нагретым материалом, что приводит к выделению дополнительного тепла и ускорению резки, особенно при резке углеродистой стали.
Растрескивание под действием термических напряжений: используется для хрупких материалов, таких как стекло, где тепловое расширение вызывает контролируемое разрушение вдоль желаемой линии разреза.

Точно контролируя мощность лазера, фокусное положение и давление вспомогательного газа, производители достигают высококачественной резки с минимальным количеством зон термического воздействия и отходов. Освоение этих фундаментальных аспектов лазерной резки позволяет отраслям оптимизировать производительность, повысить эффективность и расширить спектр материалов, которые можно обрабатывать с помощью лазерной технологии.

Типы станков для лазерной резки

Каждый тип Машина лазерной резки имеет уникальные характеристики, преимущества и идеальные приложения. Ниже приводится подробное описание основных характеристик и преимуществ станков для лазерной резки CO2, станков для лазерной резки волокон, станков для лазерной резки Nd: YAG и других специализированных технологий лазерной резки.

Станки для лазерной резки CO2

Станки для лазерной резки CO2 Для генерации лазерного луча используется газовая смесь (CO2, азот, гелий). Они работают на длине волны 10.6 микрометра, что делает их идеальными для неметаллических материалов, таких как дерево, акрил, пластик, кожа, бумага и ткань.

Ключевые особенности:

Высокая точность резки: обеспечивает гладкие и полированные края, что снижает необходимость в последующей обработке.
Универсальная совместимость с материалами: отлично подходит для резки, гравировки и маркировки неметаллов.
Доступная стоимость эксплуатации: более низкая стоимость по сравнению с мощными волоконными лазерами.
Наличие большой рабочей зоны: подходит для резки больших листов материалов.
Варианты средней мощности: доступны различные уровни мощности (например, 60–600 Вт) для различных сфер применения.

Преимущества:

Отлично подходит для гравировки и сложных дизайнов.
Обеспечивает минимальные отходы материала.
Высокоэффективен для изготовления вывесок и художественных изделий.
Более экономичный вариант для резки неметаллов по сравнению с волоконными лазерами.
Хорошо зарекомендовавшая себя и надежная технология с широким спектром моделей машин.

Ограничения:

Не подходит для резки отражающих металлов, таких как медь или алюминий.
Требует регулярного обслуживания, такого как регулировка зеркал и заправка газа.
Более низкая скорость резки по сравнению с волоконными лазерами для металлов.

Станки для резки волоконным лазером

Станки для резки волоконным лазером используют волоконно-оптическую технологию для генерации и доставки мощного лазерного луча. Работая на длине волны 1.06 микрометра, эти лазеры очень эффективны для резки металлов, включая нержавеющую сталь, углеродистую сталь, алюминий, латунь и медь.

Ключевые особенности:

Высокая энергоэффективность: волоконные лазеры преобразуют более 30–40% электрической энергии в лазерную энергию, что делает их более эффективными, чем CO2.
Более высокие скорости резки: особенно для тонких и средних по толщине металлов.
Минимальное обслуживание: отсутствуют движущиеся зеркала и газовые трубки, что снижает затраты на обслуживание.
Компактная конструкция: требует меньше места по сравнению с системами резки CO2-лазером.
Длительный срок службы: волоконные лазерные диоды служат значительно дольше (более 50,000 2 часов), чем трубки COXNUMX-лазера.
Низкие эксплуатационные расходы: отсутствуют расходные газы и дорогостоящие компоненты.

Преимущества:

Высокоэффективен для резки металлов с высокой точностью.
Превосходная энергоэффективность, снижающая потребление электроэнергии.
Может резать металлы с высокой отражающей способностью (алюминий, латунь, медь) без повреждения.
Требует минимального обслуживания по сравнению с CO2
Идеально подходит для промышленных и высокопроизводительных сред.

Ограничения:

Более высокая начальная стоимость, чем CO2
Менее эффективен для неметаллических материалов, таких как акрил, дерево или кожа.
Резка очень толстых материалов (>20 мм) может потребовать большой мощности, что увеличивает затраты.

Nd: Станки для лазерной резки YAG

Лазеры Nd:YAG (легированный неодимом иттрий-алюминиевый гранат) используют твердотельный кристалл для генерации лазерных лучей. Они работают на длине волны 1.064 микрометра, подобно волоконным лазерам, но с другим качеством луча, что делает их полезными для точной гравировки, маркировки и сварки металлов.

Ключевые особенности:

Высокая пиковая мощность: возможность глубокой проплавной резки и сварки.
Хорошо работает как в импульсном, так и в непрерывном режиме.
Лучше всего подходит для задач, требующих точной детализации.
Используется для маркировки, гравировки и микрообработки.

Преимущества:

Эффективен для глубокой гравировки и микрообработки.
Подходит для лазерной и точечной сварки.
Хорошо подходит для металлов и некоторых видов керамики.
Возможность импульсного лазера снижает тепловое повреждение деликатных материалов.

Ограничения:

Сокращение срока службы из-за износа кристаллической среды.
Более низкая эффективность по сравнению с волоконными лазерами.
Высокие затраты на техническое обслуживание из-за деградации кристаллов.

Другие типы станков для лазерной резки

Помимо CO2-лазеров, волоконных и Nd:YAG-лазеров, существует несколько других технологий лазерной резки для специализированных применений.

Эксимерные лазеры (ультрафиолетовые лазеры):

Работают в УФ-спектре, что делает их пригодными для деликатных и термочувствительных материалов.
Используется в производстве полупроводников, медицине и обработке поверхностей.

Зеленые лазеры:

Работают на длине волны 532 нм, что делает их идеальными для резки материалов с высокой отражающей способностью, таких как медь и золото.
Используется в производстве солнечных панелей, прецизионной электроники и аккумуляторов.

Сверхбыстрые лазеры (фемтосекундные и пикосекундные лазеры):

Генерация чрезвычайно коротких импульсов для резки с минимальным тепловым воздействием, что снижает повреждение материала.
Используется в высокоточных отраслях промышленности, таких как производство полупроводников, биомедицинских приборов и научных исследований.

Гибридные станки для лазерной резки:

Сочетайте лазерную резку с механическими методами (например, гидроабразивной или плазменной резкой) для лучшей адаптации материала.
Используется в аэрокосмической и военной промышленности, а также в производстве высокопрочных материалов.

Понимая различные типы станков для лазерной резки и области их применения, предприятия могут оптимизировать процессы резки, повысить производительность и добиться более высокой точности производственных операций.

Преимущества и недостатки лазерной резки

Лазерная резка — это высокоразвитый производственный процесс, который обеспечивает превосходную точность, скорость и эффективность по сравнению с традиционными методами резки. Однако, как и любая технология, она имеет как преимущества, так и ограничения.

Преимущества лазерной резки

Высокая точность и аккуратность

Лазерная резка обеспечивает исключительно высокую точность, часто с допусками до ±0.05 мм, что делает ее одним из самых точных методов резки. Сфокусированный лазерный луч позволяет выполнять сложные и детальные разрезы, что делает ее идеальной для отраслей, требующих предельной точности, таких как аэрокосмическая промышленность, электроника и производство медицинских приборов.
В отличие от механических методов резки, лазерная резка не предполагает прямого контакта с материалом, что исключает риск износа инструмента или механической деформации. Это обеспечивает стабильное качество и повторяемость даже для сложных геометрий и крупносерийного производства.

Более высокая скорость резки и высокая производительность

Лазерная резка значительно быстрее обычных методов резки, особенно для тонких и средних по толщине материалов. В частности, волоконные лазеры обеспечивают более высокую скорость резки, чем CO2-лазеры, особенно при обработке металлов. Возможность интеграции лазерных режущих станков с системами ЧПУ (числовое программное управление) еще больше повышает эффективность, позволяя автоматизировать высокоскоростное производство с минимальным ручным вмешательством.
Кроме того, лазерная резка требует небольшого или нулевого времени на настройку, поскольку изменения в конструкции можно вносить посредством модификации программного обеспечения, а не путем физической настройки режущих инструментов. Такая гибкость особенно ценна в отраслях, требующих быстрого прототипирования и быстрых итераций дизайна.

Минимальные отходы материала и узкая ширина пропила

Ширина реза, или ширина реза, сделанного лазером, исключительно мала, обычно в диапазоне от 0.1 мм до 0.5 мм, в зависимости от материала и типа лазера. Эта возможность тонкой резки сокращает отходы материала, позволяя более плотно размещать детали на листе, что оптимизирует использование материала. Это особенно выгодно для отраслей, работающих с дорогим сырьем, таким как аэрокосмические сплавы и металлы точного машиностроения.
Кроме того, поскольку лазерный луч не оказывает физического воздействия на материал, нет риска деформации, изгиба или механического повреждения. Это делает лазерную резку идеальным решением для деликатных материалов или сложных конструкций.

Универсальность для различных материалов

Лазерная резка может обрабатывать широкий спектр материалов, что делает ее весьма универсальной технологией. Волоконные лазеры отлично подходят для резки таких металлов, как нержавеющая сталь, углеродистая сталь, алюминий, медь и латунь, в то время как CO2-лазеры больше подходят для неметаллических материалов, таких как дерево, акрил, пластик, стекло и текстиль.
Эта универсальность делает лазерную резку привлекательным вариантом для различных отраслей промышленности, включая автомобилестроение, аэрокосмическую промышленность, электронику, медицину, ювелирное дело и даже художественные приложения. Некоторые специализированные лазеры, такие как сверхбыстрые фемтосекундные лазеры, могут даже резать термочувствительные материалы, не вызывая термических повреждений.

Уменьшенная зона термического влияния (ЗТВ) и минимальная деформация

Зона термического влияния (ЗТВ) при лазерной резке значительно меньше по сравнению с плазменной резкой или кислородно-топливной резкой. Это происходит потому, что лазерный луч сильно сфокусирован, доставляя интенсивную энергию в локализованную область. В результате окружающий материал испытывает минимальную термическую нагрузку, что снижает риск коробления, микротрещин или нежелательных металлургических изменений.
В частности, волоконные лазеры имеют меньший тепловой след, чем лазеры CO2, что делает их предпочтительным выбором для резки тонких и термочувствительных материалов. Это преимущество имеет решающее значение в отраслях, где требуется высококачественная резка с минимальной постобработкой.

Низкие эксплуатационные расходы и длительный срок службы (волоконные лазеры)

Волоконные лазеры имеют значительно более длительный срок службы, чем CO2-лазеры, и требуют меньшего обслуживания. Твердотельная конструкция волоконных лазеров устраняет необходимость в зеркалах и газовых заправках, которые требуются в системах CO2-лазеров. Хорошо обслуживаемый волоконный лазер может прослужить более 50,000 XNUMX часов работы, что сокращает время простоя и расходы на обслуживание.
Благодаря своей надежности волоконные лазеры крайне востребованы в непрерывном промышленном производстве, где время безотказной работы оборудования имеет решающее значение для рентабельности.

Недостатки лазерной резки

Высокие первоначальные инвестиционные затраты

Одним из самых существенных недостатков технологии лазерной резки является высокая первоначальная стоимость. Промышленные лазерные режущие станки, особенно высокомощные волоконные лазеры (от 6000 Вт до 40000 Вт), могут стоить от 30,000 200,000 до более XNUMX XNUMX долларов в зависимости от технических характеристик и дополнительных функций автоматизации.
Хотя эксплуатационные расходы могут быть ниже по сравнению с плазменной или гидроабразивной резкой, первоначальные капитальные затраты могут стать препятствием для малого бизнеса или производителей с ограниченным бюджетом.

Ограниченная толщина резки

Хотя лазерная резка чрезвычайно эффективна для тонких и средних по толщине материалов, она становится менее эффективной для очень толстых материалов. Волоконные лазеры могут резать металлы толщиной до 25 мм, но для толщины более 50 мм более подходящими являются альтернативные методы, такие как плазменная резка или гидроабразивная резка.
Плазменная резка часто предпочтительна для толстой углеродистой стали, в то время как гидроабразивная резка идеально подходит для толстых материалов, не требующих зоны термического воздействия. Производителям, работающим с прочными конструкционными материалами, может потребоваться использовать комбинацию технологий резки.

Высокое энергопотребление в некоторых моделях

Хотя волоконные лазеры известны своей энергоэффективностью, высокомощные волоконные лазеры (6 кВт и выше) могут потреблять значительное количество электроэнергии. Для крупномасштабных промышленных применений потребление электроэнергии может привести к более высоким эксплуатационным расходам, особенно если машины работают непрерывно.
При выборе системы лазерной резки компаниям следует учитывать энергоэффективность, особенно в регионах с высокими расходами на электроэнергию.

Опасности (лазерное излучение, пары и ожоги)

Лазерная резка создает ряд проблем безопасности, требующих принятия соответствующих мер защиты. Интенсивный лазерный луч может вызвать серьезные повреждения глаз или ожоги кожи, если не установлена надлежащая защита. Операторы должны использовать лазерно-безопасные кожухи, защитные очки и обозначенные зоны безопасности при работе с высокомощными лазерными системами.
Кроме того, некоторые материалы, такие как ПВХ, синтетические пластики и композиты, выделяют токсичные пары и газы при резке лазером. Для предотвращения вдыхания опасных веществ и обеспечения безопасной рабочей среды необходимы надлежащая вентиляция, вытяжные системы и устройства фильтрации воздуха.

Ограниченная эффективность на металлах с высокой отражательной способностью

Такие металлы, как алюминий, латунь и медь, отражают значительную часть лазерной энергии, что затрудняет их резку, особенно с помощью CO2-лазеров. Волоконные лазеры лучше подходят для этих материалов, но в некоторых случаях поверхности с высокой отражающей способностью могут по-прежнему требовать специальных покрытий, предварительной обработки или дополнительных настроек для оптимизации производительности резки.
Для производителей, активно работающих с отражающими металлами, выбор высокомощного волоконного лазера с усовершенствованным управлением лучом имеет решающее значение, поскольку позволяет избежать потерь энергии и обеспечить стабильное качество резки.

Лазерная резка остается одной из самых передовых, точных и эффективных производственных технологий, доступных сегодня. Она отлично подходит для точного изготовления металла, высокоскоростного производства и сложных проектных приложений, что делает ее идеальным решением для отраслей, требующих мельчайших деталей и точности.
Однако предприятия должны учитывать такие факторы, как начальные инвестиционные затраты, ограничения по толщине материала и требования безопасности, прежде чем внедрять лазерную резку в свой производственный процесс. Несмотря на некоторые проблемы, преимущества точности, эффективности, универсальности и автоматизации делают лазерную резку незаменимой технологией в современном производстве. Тщательно оценив ее преимущества и ограничения, предприятия могут определить, соответствует ли лазерная резка их конкретным производственным потребностям.

Материалы и их пригодность для лазерной резки

Лазерная резка — это очень универсальная технология, способная обрабатывать широкий спектр материалов, от металлов до неметаллов и специализированных материалов. Однако не все материалы одинаково поддаются лазерной резке, поскольку на их пригодность влияют такие факторы, как поглощение длины волны лазера, отражательная способность, теплопроводность и состав материала.

Металлические материалы

Нержавеющая сталь

Нержавеющая сталь является одним из наиболее часто подвергаемых лазерной резке металлов из-за ее высокой прочности, коррозионной стойкости и отличного поглощения длин волн волоконного лазера. Волоконные лазеры обеспечивают высокоточную резку с минимальными зонами термического воздействия, что делает нержавеющую сталь идеальной для автомобильной, аэрокосмической, медицинской и промышленной отраслей.

Лучший метод резки: волоконный лазер
Рекомендуемый вспомогательный газ: азот (для получения кромок без окислов) или кислород (для увеличения скорости резки).
Пригодность: Отлично подходит для тонких и толстых сечений (до 25 мм при использовании мощных лазеров).

Углеродистая сталь

Углеродистая сталь очень восприимчива к лазерной резке, особенно при использовании кислородного газа, который способствует экзотермической реакции, повышающей эффективность резки. Она широко используется в строительстве, машиностроении и промышленном производстве.

Лучший метод резки: волоконный лазер
Рекомендуемый вспомогательный газ: кислород (для более быстрой резки) или азот (для более чистых кромок).
Пригодность: Отлично подходит для толщины до 25 мм (лазер большей мощности может резать до 30 мм).

Алюминий

Алюминий сложнее резать лазерами из-за его высокой отражательной способности и теплопроводности, что может привести к потере энергии и неэффективной резке. Однако волоконные лазеры с высокой мощностью (6 кВт+) могут эффективно резать алюминий при правильных настройках и использовании вспомогательных газов.

Лучший метод резки: волоконный лазер
Рекомендуемый вспомогательный газ: азот (для предотвращения окисления) или воздух (для экономичной резки).
Пригодность: Подходит для толщины до 15 мм, но требует высокой мощности и точной настройки луча.

Медь и латунь

Медь и латунь представляют собой проблемы для лазерной резки из-за их высокой отражательной способности и теплопроводности, что может привести к отражению луча и рассеиванию тепла. Однако высокомощные волоконные лазеры (6 кВт+) со специализированными поглотителями луча могут эффективно резать эти металлы, что делает их пригодными для электронных, декоративных и промышленных применений.

Лучший метод резки: волоконный лазер (с антибликовой технологией).
Рекомендуемый вспомогательный газ: азот (для предотвращения окисления) или воздух (для экономичной резки).
Пригодность: от умеренной до хорошей, с ограничениями на толстых секциях.

Титан

Титан широко используется в аэрокосмической, медицинской и высокопроизводительной промышленности благодаря высокому соотношению прочности к весу и коррозионной стойкости. Лазерная резка обеспечивает чистые, точные разрезы с минимальными зонами термического воздействия, что делает ее одним из лучших методов обработки титана.

Лучший метод резки: волоконный лазер
Рекомендуемый вспомогательный газ: аргон или азот (для предотвращения окисления).
Пригодность: Отличная, но требуется точный контроль, чтобы избежать охрупчивания материала.

Неметаллические материалы

Пластики (акрил, поликарбонат, полиэтилен и т. д.)

Пластики широко используются в рекламе, упаковке, медицине и промышленности. Однако не все пластики одинаково подходят для лазерной резки.

Акрил (ПММА): отлично подходит, дает полированные края при резке с помощью CO2-лазера.
Поликарбонат: не рекомендуется — приводит к изменению цвета краев и выделяет вредные пары.
Полиэтилен (ПЭ) и полипропилен (ПП): средняя пригодность, можно аккуратно разрезать, но может расплавиться, если не контролировать процесс должным образом.
ПВХ (поливинилхлорид): Не подходит — выделяет токсичный газообразный хлор, опасный для здоровья и деталей машины.
Лучший метод резки: CO2-лазер
Рекомендуемый вспомогательный газ: воздух (для общей резки), азот (для подавления пламени).

Дерево и Фанера

Древесина отлично подходит для резки лазером CO2, что делает ее популярной в мебельной, вывесочной, декоративной и ремесленной промышленности. Различные виды древесины ведут себя по-разному:

Мягкие породы дерева (сосна, кедр и т. д.): легко режутся, минимально обугливаются.
Твердые породы древесины (дуб, красное дерево и т. д.): хорошо подходят, могут потребоваться более высокие настройки мощности.
Фанера и МДФ: хорошо подходят, но клеи в слоях могут привести к неровным срезам.
Лучший метод резки: CO2-лазер
Рекомендуемый вспомогательный газ: воздух (для чистых краев и контроля огня).

Кожа и Ткань

Лазерная резка широко используется в модной, обувной, обивочной и текстильной промышленности благодаря своей способности создавать сложные узоры без осыпания тканей.

Кожа: отлично подходит, обеспечивает гладкие края с минимальными следами прижогов.
Хлопок, полиэстер, шелк, нейлон: отлично подходит, предотвращает осыпание по сравнению с механической резкой.
Лучший метод резки: CO2-лазер
Рекомендуемый вспомогательный газ: воздух (для уменьшения обугливания и изменения цвета).

Специальные материалы

Керамика и стекло

Керамика и стекло трудно поддаются резке из-за их хрупкости и высоких температур плавления. Однако сверхбыстрые импульсные лазеры (фемтосекундные лазеры) могут выполнять микрорезку и гравировку керамики и стекла, не вызывая трещин.

Лучший метод резки: сверхбыстрый лазер (фемтосекундные/пикосекундные лазеры)
Пригодность: от умеренной до хорошей, с ограничениями на толстых секциях.

Композиты (углеродное волокно, стекловолокно и т.д.)

Композиты широко используются в аэрокосмической, автомобильной и спортивной технике. Лазерная резка подходит для некоторых композитов, но требует тщательного контроля, чтобы избежать расслоения или чрезмерного теплового повреждения.

Углеродное волокно: средняя пригодность, требуется точное управление лучом, чтобы избежать возгорания.
Стекловолокно: не идеальный вариант, так как при горении могут выделяться опасные пары и образовываться неровные порезы.
Лучший метод резки: CO2-лазер (для тонких композитов), волоконный лазер (для точной резки).
Рекомендуемый вспомогательный газ: воздух или азот (для предотвращения окисления).

Лазерная резка обеспечивает исключительную универсальность, но выбор правильного типа лазера для материала имеет решающее значение:

Волоконные лазеры отлично подходят для резки металла, обеспечивая высокую точность, скорость и эффективность.
Лазеры CO2 идеально подходят для неметаллических материалов, таких как дерево, акрил, кожа и пластик.
Сверхбыстрые лазеры подходят для обработки керамики, стекла и микрообработки.

Производители должны тщательно оценивать свойства материала и помогать выбирать газ и мощность лазера для достижения оптимальной производительности резки.

Этапы процесса лазерной резки

Лазерная резка — это точный и эффективный процесс, включающий несколько этапов для обеспечения высококачественных результатов. От проектирования траектории резки до настройки машины и точной настройки параметров, каждый этап играет важную роль в достижении оптимальной производительности. Ниже приведены основные этапы процесса лазерной резки, включая проектирование и подготовку, настройку и калибровку машины, выбор скорости и мощности резки, а также контроль качества.

Проектирование и подготовка

Первым этапом процесса лазерной резки является создание цифрового проекта, определяющего траекторию резки, размеры и детали конечного продукта.

Создание дизайна

Проекты создаются с использованием программного обеспечения САПР (систем автоматизированного проектирования), такого как AutoCAD, SolidWorks или CorelDRAW.
Файл проекта обычно сохраняется в таких форматах, как DXF, DWG, AI или SVG, которые совместимы с программным обеспечением для лазерной резки.
Векторные рисунки предпочтительны для лазерной резки, поскольку они позволяют создавать точные и масштабируемые траектории резки.

Выбор материала и подготовка

Выбор материала зависит от области применения (например, металлы, пластики, дерево, акрил или композиты).
Материал следует тщательно очистить и разместить на лазерном столе, чтобы предотвратить влияние пыли, загрязнений или неровностей на процесс резки.
Для отражающих металлов, таких как алюминий или медь, могут потребоваться специальные покрытия или технологии для уменьшения отражения луча и повышения эффективности резки.

Оптимизация вложенности

Программное обеспечение для раскладки эффективно размещает детали на листе материала, чтобы минимизировать отходы и снизить производственные затраты.
Правильная раскладка также обеспечивает равномерное распределение тепла, предотвращая деформацию материала во время резки.

Настройка и калибровка машины

Перед началом процесса резки необходимо правильно настроить и откалибровать станок лазерной резки, чтобы обеспечить точность и эффективность.

Регулировка фокуса лазера

Лазерный луч должен быть точно сфокусирован на поверхности материала, чтобы получить небольшое, концентрированное пятно, обеспечивающее чистые и четкие разрезы.
Для установки правильного фокусного расстояния в зависимости от толщины материала используются механизмы автоматической фокусировки или ручная настройка.

Позиционирование и зажим заготовки

Материал помещается на станину лазерной резки, а в некоторых случаях для его фиксации используются зажимы или вакуумные столы.
Правильное выравнивание гарантирует, что лазер будет следовать точно по траектории реза без отклонений.

Вспомогательное газовое соединение и проверка давления

Вспомогательные газы (кислород, азот или воздух) помогают улучшить качество резки, сдувая расплавленный материал, предотвращая окисление и уменьшая зоны термического воздействия.
Параметры расхода и давления газа необходимо регулировать в зависимости от типа материала (например, кислород для углеродистой стали, азот для нержавеющей стали и алюминия).

Скорость резки, мощность и выбор газа

Правильная настройка мощности лазера, скорости и вспомогательного газа имеет решающее значение для получения чистых резов с минимальными дефектами.

Выбор мощности лазера

Уровни мощности зависят от толщины и типа материала.
Меньшая мощность (например, 1500 Вт – 2000 Вт) используется для тонких металлов и неметаллов.
Для более толстых материалов (например, нержавеющей стали, алюминия) требуется более высокая мощность (например, 3000–40000 Вт).

Оптимизация скорости резки

Высокая скорость резки минимизирует накопление тепла, но может привести к неполному резу.
Низкая скорость резки повышает точность, но может привести к образованию чрезмерно термически обработанных зон и прижиганию.
Точная настройка баланса между скоростью и мощностью обеспечивает оптимальное качество кромки и минимальный расход материала.

Помощь в выборе газа

Кислород (O2) — используется для углеродистой стали, усиливает окисление, обеспечивая более высокую скорость резки, но может оставлять окисные кромки.
Азот (N2) — предпочтителен для нержавеющей стали, алюминия и титана, предотвращает окисление, обеспечивая чистые и блестящие края.
Сжатый воздух (воздух) — экономически эффективен для пластика, дерева и акрила, но может быть неидеален для высококачественной резки металла.

Параметры резки и контроль качества

Для обеспечения высокого качества результатов необходимо контролировать и настраивать станки лазерной резки на протяжении всего процесса.

Основные параметры резки

Диаметр луча: влияет на ширину и точность реза. Меньшие диаметры улучшают тонкую детализацию.
Частота импульсов: более высокие частоты используются для гравировки и тонкой резки, а более низкие частоты — для более толстых материалов.
Компенсация пропила: обеспечивает правильность траектории реза лазера для компенсации ширины удаляемого материала.

Проверка качества

После завершения процесса резки качество реза проверяется на наличие таких дефектов, как:

Грубые или зазубренные края (указывают на неправильный выбор скорости или газа).
Чрезмерное количество заусенцев или окалины (свидетельствует о неправильных настройках мощности).
Следы ожогов или изменение цвета (вызванные чрезмерным нагреванием или окислением).

Очистка и отделка после резки

Для металлов: для удаления острых краев может потребоваться снятие заусенцев или полировка.
Для акрила и пластика: метод полировки пламенем может улучшить четкость кромок.
Для промышленного применения: для предотвращения коррозии могут применяться дополнительные виды обработки поверхности или покрытия.

Процесс лазерной резки включает тщательное планирование, точную калибровку машины, оптимизированные настройки скорости и мощности, а также меры контроля качества. Следуя этим шагам, производители могут добиться высококачественной, эффективной и экономичной лазерной резки для широкого спектра применений.

Промышленное применение лазерной резки

Лазерная резка стала неотъемлемой технологией во многих отраслях промышленности благодаря своей высокой точности, скорости и способности обрабатывать широкий спектр материалов. От автомобилестроения до дизайна медицинских приборов и ювелирных изделий лазерная резка обеспечивает эффективное, точное и высококачественное производство. Ниже приведены основные промышленные секторы, которые извлекают выгоду из технологии лазерной резки, а также их конкретные области применения.

Автоматизированная индустрия

Автомобильная промышленность в значительной степени полагается на лазерную резку для производства структурных компонентов, панелей кузова и прецизионных деталей. Высокоскоростная и бесконтактная природа лазерной резки позволяет эффективно обрабатывать листовой металл, алюминий и композитные материалы, обеспечивая жесткие допуски и минимальные отходы материала.

Применение в автомобилестроении

Панели шасси и кузова: лазерная резка позволяет с высокой точностью формовать стальные и алюминиевые рамы автомобилей.
Выхлопные системы и тепловые экраны: Точная резка обеспечивает эффективный поток выхлопных газов и управление температурой.
Компоненты интерьера и экстерьера: лазерная обработка используется для панелей приборной панели, деталей отделки и каркасов сидений.
Подушки безопасности и средства безопасности: лазерная резка используется для изготовления материалов для подушек безопасности с заранее разработанными схемами разрыва для контролируемого раскрытия.

Аэрокосмическая и оборонная промышленность

Аэрокосмическая и оборонная промышленность требуют чрезвычайно высокой точности и стандартов качества, что делает лазерную резку предпочтительным методом производства. Материалы, используемые в этом секторе, такие как титан, алюминий, нержавеющая сталь и современные композиты, требуют процессов резки, которые обеспечивают структурную целостность и минимальную тепловую деформацию.

Применение в аэрокосмической и оборонной промышленности

Компоненты фюзеляжа и крыла самолета: лазерная резка обеспечивает создание легких, но прочных аэрокосмических конструкций.
Лопатки турбин и компоненты двигателя: сложные жаропрочные сплавы подвергаются точной резке для повышения эффективности.
Компоненты спутников и конструкции космических аппаратов: Резка волоконным лазером используется для изготовления сложных микрокомпонентов в спутниках.
Производство военной техники и оружия: лазерная резка позволяет производить детали огнестрельного оружия, броню и компоненты радаров с высокой точностью.

Электронная и полупроводниковая промышленность

Электронная и полупроводниковая промышленность требует микроскопической точности при производстве печатных плат, микропроцессоров и деликатных электронных компонентов. Лазерная резка обеспечивает бесконтактную обработку, гарантируя чистые края и предотвращая повреждение материала.

Применение в электронике и полупроводниках

Изготовление печатных плат (ПП): Лазерная резка обеспечивает высокоскоростное и высокоточное производство печатных плат.
Производство микросхем: прецизионная лазерная микрообработка позволяет производить сверхтонкую детализацию полупроводниковых компонентов.
Компоненты аккумуляторов и накопителей энергии: лазерная резка оптимизирует медную и алюминиевую фольгу, используемую в литий-ионных аккумуляторах.
Гибкая электроника и дисплеи: OLED-панели и гибкие экраны изготавливаются с помощью лазерной резки с точностью до микрона.

Промышленность медицинского оборудования

Лазерная резка играет решающую роль в производстве медицинских приборов, где точность, гигиена и биосовместимость имеют решающее значение. Волоконные лазеры и фемтосекундные лазеры обычно используются для резки нержавеющей стали, титана и биокерамики с высокой точностью.

Применение в производстве медицинского оборудования

Хирургические инструменты и приспособления: лазерная резка обеспечивает острые края и гладкую поверхность скальпелей и щипцов.
Стенты и имплантаты: микроскопическая лазерная резка позволяет изготавливать биосовместимые имплантаты с высокой точностью.
Протезирование и ортопедические изделия: лазерная резка используется для деталей из титана и углеродного волокна в протезировании.
Стоматологическое оборудование и ортодонтия: титановые брекеты и ортодонтические инструменты, вырезанные лазером, улучшают результаты лечения пациентов.

Индустрия вывесок и рекламы

Лазерная резка широко используется в индустрии вывесок и рекламы для изготовления индивидуальных знаков, световых дисплеев и декоративных надписей. Возможность резать акрил, дерево, металл и пластик с высокой детализацией делает ее популярным выбором для креативных решений в области брендинга.

Применение в вывесках и рекламе

Акриловые и светодиодные вывески: лазерная резка обеспечивает гладкие, полированные края световых вывесок.
Металлические буквы и логотипы: нержавеющая сталь, латунь и алюминий вырезаются для изготовления индивидуальных вывесок и брендинга.
Деревянные и пластиковые дисплеи: в розничных магазинах для создания визуального эффекта используются вырезанные лазером дисплеи и рекламные панели.
Стенды для мероприятий и выставок: лазерная резка используется для создания сложных декораций для мероприятий и выставочных стендов.

Ювелирные изделия и декоративно-прикладное искусство

Лазерная резка произвела революцию в ювелирной и декоративно-прикладной промышленности, предлагая высокоточную резку, гравировку и сложные узоры на металлах и неметаллах. От индивидуальных ювелирных изделий до художественного декора лазерная резка повышает креативность и мастерство.

Применение в ювелирном деле и декоративно-прикладном искусстве

Резка золотых и серебряных ювелирных изделий: лазерная резка позволяет создавать сложные филигранные узоры из драгоценных металлов.
Гравировка и персонализация: индивидуальная гравировка на кольцах, часах и предметах роскоши.
Декоративные панели и скульптуры: Дерево, акрил и металл вырезаются лазером в художественные узоры для домашнего декора.
Аксессуары для свадеб и мероприятий: лазерная резка акриловых и деревянных конструкций для свадебных приглашений, подарков и украшений.

Лазерная резка — это универсальная и незаменимая технология во многих отраслях. От автомобилестроения и аэрокосмической промышленности до сложных ювелирных изделий и медицинских приборов — возможность достижения высокоскоростных, точных и чистых резов делает лазерную резку предпочтительным методом для современного производства.

Меры безопасности при лазерной резке

Лазерная резка — это мощный и эффективный производственный процесс, но он также включает в себя лазерные лучи высокой энергии, выделение тепла и потенциальные опасности, которые требуют строгих протоколов безопасности. Для обеспечения безопасной эксплуатации и соответствия требованиям на рабочем месте важно следовать надлежащим классификациям безопасности лазеров, носить соответствующие средства индивидуальной защиты (СИЗ), внедрять эффективные системы вытяжки дыма и придерживаться передовых методов эксплуатации.

Классификации безопасности лазеров

Лазерные режущие станки классифицируются на основе их потенциального уровня опасности, определяемого мощностью и длиной волны лазерного луча. Понимание этих классификаций помогает операторам принимать необходимые меры предосторожности.

Классы безопасности лазера:

Класс 1: Полностью безопасен при нормальной работе. Лазер полностью закрыт, что предотвращает воздействие (например, волоконные лазерные станки с закрытыми рабочими пространствами).
Класс 2: Маломощные видимые лазеры (≤1 мВт). Безопасны при нормальном использовании, но могут вызывать раздражение глаз при прямом взгляде в течение длительного времени (например, лазерные указки).
Класс 3: Лазеры средней мощности (1 мВт – 500 мВт). Могут вызвать повреждение глаз при прямом взгляде и могут представлять опасность возгорания.
Класс 4: Лазеры высокой мощности (>500 мВт). Применяемые в промышленных лазерных режущих станках, эти лазеры могут вызывать серьезные травмы глаз и кожи, вызывать пожары и выделять опасные пары при неправильном обращении.

Большинство промышленных лазерных режущих станков относятся к классу 4 и требуют соблюдения строгих мер безопасности, включая контролируемые зоны доступа, защитные кожухи и надлежащее обучение операторов.

Средства индивидуальной защиты (СИЗ)

Безопасность при лазерной резке требует использования соответствующих средств индивидуальной защиты (СИЗ) для защиты от лазерного излучения, горячих металлических частиц и токсичных паров.

Необходимые СИЗ для операторов лазерной резки:

Очки для защиты от лазерного излучения: должны соответствовать длине волны лазера и значению оптической плотности (OD), чтобы блокировать вредное излучение (например, для волоконных лазеров требуются очки с показателем OD 6+ для длины волны 1064 нм).
Термостойкие перчатки: защищают руки от горячего металла, искр и острых краев.
Огнестойкая одежда: предотвращает ожоги, вызванные искрами или брызгами расплавленного металла. Рекомендуются хлопчатобумажные или огнестойкие ткани.
Защитная обувь с закрытым носком: защищает ноги от падающих металлических предметов и высоких температур.
Защита органов слуха: некоторые лазерные режущие станки производят высокий уровень шума из-за сжатого воздуха, поэтому необходимо использовать беруши или наушники.

Правильные СИЗ значительно снижают риск ожогов, травм глаз и воздействия опасных веществ во время операций лазерной резки.

Вытяжка и вентиляция дыма

Лазерная резка производит пары, дым и частицы в воздухе в зависимости от обрабатываемого материала. Некоторые материалы, такие как пластик, металлы с покрытием и композиты, выделяют токсичные газы и мелкие частицы, которые представляют опасность для здоровья при вдыхании.

Основные меры по удалению дыма и вентиляции:

Специальные системы вытяжной вентиляции: промышленные станки для лазерной резки должны быть оснащены высокоэффективными системами вытяжки дыма для удаления вредных частиц и газов.
Фильтры HEPA и активированного угля: эти фильтры улавливают мельчайшую пыль и нейтрализуют токсичные пары из таких материалов, как акрил, ПВХ и покрытые металлы.
Закрытые рабочие пространства: полностью закрытые станки для лазерной резки предотвращают распространение паров в окружающую рабочую среду.
Правильная конструкция воздушного потока: вентиляционные каналы должны быть расположены так, чтобы обеспечить максимальную циркуляцию воздуха и предотвратить скопление дыма.

Операторам ни в коем случае нельзя резать опасные материалы, такие как ПВХ (поливинилхлорид), который выделяет высокотоксичный газообразный хлор, способный вызывать коррозию деталей машины и наносить вред здоровью органов дыхания.

Резюме

Лазерная резка — это высокоточный, эффективный и универсальный производственный процесс, в котором используется сфокусированный лазерный луч для резки, гравировки или формовки широкого спектра материалов, включая металлы, пластик, дерево и композиты. Благодаря применению в таких отраслях, как автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность, электроника, медицинское оборудование, вывески и ювелирные изделия, лазерная резка стала неотъемлемой технологией в современном производстве.
Процесс включает несколько критических этапов, включая проектирование и подготовку, настройку машины, выбор параметров и контроль качества, что обеспечивает оптимальную производительность резки. Различные типы лазерных режущих машин, такие как волоконные лазеры и лазеры CO₂, удовлетворяют различным требованиям к материалам. Хотя лазерная резка обеспечивает исключительную точность, скорость и минимальные отходы материала, она также требует строгих мер безопасности, включая надлежащую вентиляцию, средства индивидуальной защиты и соблюдение передовых методов работы.

Получите решения для лазерной резки

Выбор правильного решения для лазерной резки имеет решающее значение для максимизации эффективности, точности и экономической эффективности в промышленных и коммерческих приложениях. Независимо от того, нужна ли вам высокоскоростная резка металла, сложная гравировка или изготовление на заказ, инвестиции в правильный станок для лазерной резки могут значительно расширить ваши производственные возможности.
At AccTek Group, мы специализируемся на передовых волоконных и CO2 лазерных режущих станках, разработанных для удовлетворения разнообразных потребностей таких отраслей, как автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность, электроника, медицинские приборы и вывески. Наши станки предлагают высокоточную резку, функции автоматизации, энергоэффективность и надежные механизмы безопасности, гарантируя оптимальную производительность и надежность.
Мы предоставляем индивидуальные решения, экспертные консультации и техническую поддержку, чтобы помочь компаниям выбрать лучшую технологию лазерной резки в зависимости от типа материала, толщины, объема производства и бюджета. Независимо от того, являетесь ли вы малым предприятием или крупным производителем, AccTek Group поставляет передовые лазерные системы, которые повышают производительность, точность и прибыльность. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы изучить лучшие решения лазерной резки для вашего бизнеса!

Продукция

Связатся с Нами

Отправить форму