Przegląd maszyn laserowych do cięcia metalu i ich dobór

Sprzęt laserowy do cięcia metali znajduje zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu: inżynierii mechanicznej, metalurgii i produkcji mebli. Ta popularność wynika z faktu, że pozwala tworzyć części o złożonym kształcie z podwyższonym poziomem dokładności. Taki sprzęt zostanie omówiony w naszym artykule.

Wycinarki laserowe do metalu spełniają trzy główne funkcje:

• grawerowanie: rysowanie obrazu, tekstu, a nawet fotografii na metalowej powierzchni;
• cięcie laserowe;
• cięcie krzywoliniowe.

We wszystkich przypadkach tworzony jest szablon, według którego moduł sterowania numerycznego ustala parametry cięcia. Rezultatem jest idealnie dokładny produkt.

Projekt każdej wycinarki laserowej obejmuje kilka bloków:

• emiter - odpowiedzialny za generowanie strumienia fotonów lub wąsko skupionego impulsu laserowego;
• zespół ruchu gazu - przeznaczony do wydmuchiwania gorącego metalu z obszaru roboczego i chłodzenia chłodnicy;
• napęd - służy do przesuwania emitera po obrabianej powierzchni;
• roboczy stół do krojenia - to na nim kładzie się obrabiany przedmiot, natomiast stół może być wymienny;
• Moduł CNC / ACS.

Zasada działania takich maszyn opiera się na generowaniu wąskiej wiązki przez rurę laserową, która wykonuje obróbkę metalu. W wyniku kontaktu wiązki z powierzchnią obrabianego materiału powstaje efekt wysokiej temperatury, który umożliwia grawerowanie lub cięcie metalu. W takim przypadku przepływ mieszaniny gazów wydmuchuje warstwę stopionego materiału, co zapewnia wysoką jakość cięcia. Maszyny te mogą być wykorzystywane do pracy ze wszystkimi rodzajami blach stalowych, a także z metalami nieżelaznymi i ich stopami.

Istota pracy każdej wycinarki laserowej polega na skupieniu wąsko skierowanej wiązki, w wyniku czego energia koncentruje się na powierzchni obrabianego materiału. Średnica takiej belki nie przekracza dziesiątych części milimetra, co zapewnia minimalną grubość cięcia. Przebieg topienia i późniejsza transformacja struktury metalu następuje w wyniku doprowadzenia charakterystyk mocy wiązki laserowej do określonych parametrów. W zależności od mechanizmu działania istnieją cztery główne typy takich maszyn.

Laserowe cięcie metalu może odbywać się w środowisku tlenu lub azotu, wybór zależy od właściwości obrabianego metalu. Tak więc w wyniku ekspozycji na tlen wyzwalane są reakcje egzotermiczne, których energia cieplna umożliwia cięcie dość grubych blach ze stali niskostopowej i węglowej.

Nie zaleca się cięcia tlenem powierzchni ocynkowanych lub ocynkowanych. W tym przypadku cięcie jest nierówne, dodatkowo zwiększa się ryzyko powstawania żużlu. Podczas cięcia stali nierdzewnej lub stali wysokostopowej niepożądane jest utlenianie punktu cięcia. Dlatego podczas pracy z takimi metalami potrzebne są gazy obojętne, najczęściej azot.

Do cięcia aluminium można użyć dowolnego medium gazowego. Ale do pracy ze stopami tytanu nie można używać ani jednego, ani drugiego, ponieważ oba gazy zaczynają być pochłaniane przez powierzchnię metalu i tworzą kruchą warstwę. W przypadku tego materiału preferowane są urządzenia laserowe pracujące w helu lub wysoko oczyszczonym argonie.

Ogólnie rzecz biorąc, wszelkie wycinarki laserowe gazowe dają maksymalną falę promieniowania, dlatego są potrzebne przy obróbce blach o maksymalnej grubości.

Wysoką wydajność i wydajność sprzętu zapewniają laserowe urządzenia światłowodowe, często są one realizowane w postaci mini-maszyn. Mają następujące zalety.

• Wysoka jakość wiązki. Linia cięcia jest cieńsza, a plamka mniejsza, co generalnie poprawia wydajność pracy.
• Wysoka prędkość cięcia. W porównaniu z gazem to dwa razy więcej.
• Trwałość. Zastosowanie profesjonalnego lasera światłowodowego zapewnia stabilną pracę do 100 tys. godzin pracy sprzętu.
• Zwiększona wydajność. Wydajność konwersji fotoelektrycznej w cięciu światłowodowym wynosi 30%, czyli 2-3 razy więcej niż przy cięciu laserowym w środowisku gazowym.
• Niski koszt użytkowania. Pobór mocy instalacji światłowodowych nie przekracza 30% cięcia laserowego w atmosferze gazowej.
• Minimalne koszty utrzymania. Brak konieczności stosowania soczewek odblaskowych pozwala zaoszczędzić dużo pieniędzy na konserwacji maszyny.
• Obsługa takiego sprzętu nie jest szczególnie trudna. Dzięki transmisji światłowodu nie ma potrzeby dostosowywania parametrów toru optycznego.

Głównym elementem roboczym przecinarki laserowej diodowej jest emiter w postaci kryształu półprzewodnikowego w postaci rezonatora optycznego. Oprócz diody taki laser zawiera specjalistyczne urządzenie do zasilania z sieci prądu przemiennego. Pozwala to na zmianę parametrów promieniowania wyjściowego.

Jednak laser diodowy znacznie ustępuje pod względem parametrów koherencji od gazowych i światłowodowych. Skupienie daje dużą rozbieżność, przez co niemożliwe jest skoncentrowanie energii w maksymalnej objętości. Jedyną zaletą takiego sprzętu jest jego względna taniość w stosunku do wszystkich innych modeli.

Zasada działania lasera na ciele stałym jest podobna do lasera gazowego. Ale ma też swoje własne cechy. W przeciwieństwie do ośrodka gazowego stosuje się tutaj ośrodek aktywny w postaci stałej. Z reguły są to kryształy i różne szkła, które aktywują się w kontakcie z pierwiastkami ziem rzadkich. Takie lasery charakteryzują się zwiększoną wydajnością, a wiele modeli ma dość kompaktowe rozmiary. Latarki te wytwarzają wiązki o długości fali, które mogą obsługiwać szeroką gamę metali i grubości.

Obecnie na rynku dostępne są wycinarki laserowe do metalu różnych producentów. Wśród firm zagranicznych na rynku krajowym dużą popularnością cieszą się produkty fabryk zlokalizowanych w krajach europejskich, USA, a także w Japonii i na Tajwanie:

• Trumpf (Niemcy);
• Schulera (Niemcy);
• Trotec (Austria);
• Farley Laserlab (Australia);
• GCC (Tajwan).

Ponadto produkty wytwarzane w Chinach mają duży udział w rynku. Opinia o nim jest niejednoznaczna, wielu wątpi w jego jakość.Jednak niektóre marki z zakładami produkcyjnymi w Chinach działają przy użyciu szwajcarskiej technologii i pod ścisłą kontrolą klienta. Produkują maszyny do cięcia laserowego o wyjątkowo wysokich parametrach technicznych i operacyjnych. Do firm tych należą:

• Królik;
• Wattsana;
• Bodora.

W Rosji wycinarki laserowe są produkowane przez przedsiębiorstwa przemysłowe Semiconductor Devices, LOMO, Plasma i Inversion. Każda z nich oferuje określone rodzaje systemów laserowych. W naszym kraju nie ma przedsiębiorstw zajmujących się produkcją wszystkich typów maszyn laserowych jednocześnie.

Wybierając wycinarkę laserową do metalu, należy zwrócić uwagę na następujące cechy.

• Asortyment materiałów. Przede wszystkim należy wziąć pod uwagę specyfikę przedsiębiorstwa. Ważne jest, aby wyjaśnić, z czego wykonane są wycinane części i jaka jest ich grubość. Czynniki te należy porównać z danymi technicznymi maszyny, wielkością obszaru roboczego oraz parametrami pracy sprzętu.
• Moc. Średnia moc wszystkich dzisiejszych maszyn laserowych waha się od 500 do 6000 watów. Jeśli planujesz ciąć blachy o grubości poniżej 6 mm, wystarczy wycinarka laserowa o mocy 500-700 W. Do pracy z grubszym materiałem należy wybrać maszyny o maksymalnej mocy.
• Olinowanie. W przypadku maszyn światłowodowych należy zwrócić uwagę na materiały eksploatacyjne: serwomotory, prowadnice, głowice tnące, chimery i inne. Jakość i funkcjonalność tych elementów wpływa na precyzję i szybkość cięcia laserowego. Niektórzy pozbawieni skrupułów producenci kompletują sprzęt nie oryginalnymi komponentami, ale ich odpowiednikami w celu obniżenia kosztów. Może to być mylące dla kupującego. Dlatego informacje o pochodzeniu materiałów eksploatacyjnych muszą być wyjaśnione z wyprzedzeniem.
• Jakość sprzętu. W ostatnich latach w większości przedsiębiorstw można zaobserwować tendencję do ograniczania cyklu produkcyjnego. Wiele firm, zwłaszcza tych, które niedawno weszły na rynek, nie przykłada wystarczającej uwagi do testowania swoich wycinarek laserowych przed dostawą do klienta i nie przeprowadza kontroli jakości sprzętu. Dlatego przy wyborze maszyny bardzo ważne jest zwrócenie uwagi na dostępność usług testowania i przygotowania przedsprzedażowego u producenta.
• Konserwacja serwisowa. Przy wyborze sprzętu lepiej jest preferować maszyny tych producentów, których usługi serwisowe są reprezentowane w regionie użytkowania. W przeciwnym razie wszelkie wady w trakcie eksploatacji doprowadzą do długotrwałych napraw i odpowiednio przestoju produkcyjnego.

Wycinarki laserowe do metalu są wszechstronne. Dotyczy to zarówno użytych materiałów, jak i szerokości możliwości produkcyjnych. W szczególności mogą być używane do cięcia i grawerowania metali.

Najczęstszym zastosowaniem sprzętu laserowego jest cięcie materiału. Obrabiarki, w których głównym narzędziem tnącym jest laser, są szeroko rozpowszechnione w obróbce metali. Pozwalają na wykonanie:

• poszczególne elementy konstrukcji reklamy wewnętrznej i zewnętrznej;
• metalowe konstrukcje i puzzle;
• artykuły dekoracyjne;
• części do modelowania samochodów i samolotów;
• pamiątki.

Grawerowanie laserowe produktów metalowych może zamienić najprostszą rzecz w bezcenny prezent. Najbardziej wyraźne grawerowanie uzyskuje się za pomocą wiązki laserowej. Obrazy zastosowane w tej technice mają nieograniczoną trwałość, nie boją się ścierania, działania roztworów kwasowo-zasadowych, wody, promieniowania ultrafioletowego i ekstremalnych temperatur.

Za pomocą lasera sterowanego komputerowo można uzyskać obraz z maksymalną szczegółowością. Często na metalowych powierzchniach powstają skomplikowane wzory, a nawet powielają fotografie.

Za pomocą wiązki laserowej można grawerować nie tylko płaskie, ale również wypukłe powierzchnie. W takim przypadku do silnika maszyny podłączony jest specjalistyczny mechanizm mocowania przedmiotu obrabianego. Obrót silnika przenoszony jest na obrabiany przedmiot, zaczyna się on poruszać z zadaną prędkością, a wiązka lasera nakłada obraz ze wszystkich stron.