Преимущества и недостатки лазерной резки

Материалы не могут изменить свою микроструктуру поверхности без резки. Лазерная резка — один из наиболее распространённых методов резки материалов для последующей механической обработки. Она позволяет создавать узоры в соответствии с проектом и желаемым результатом. Этот метод включает плавление, сжигание и испарение материалов под воздействием мощного лазерного луча. Несмотря на всю эффективность этого процесса, крайне важно понимать многочисленные преимущества и недостатки лазерной резки.

Процесс резки осуществляется с помощью лазерного резака. Лазерный резак использует тонкий лазерный луч, фокусирующийся на материале. Однако, прежде чем начать резку, необходимо четко определить цель, исходя из ваших чертежей или шаблонов. Раньше было сложно резать некоторые твердые материалы традиционными методами. Однако с появлением лазерного резака это стало проще.

Здесь мы расскажем вам всё, что вам нужно знать о лазерной резке. Мы также обсудим принцип её работы, а также её преимущества и недостатки.

Что такое лазерная резка и как она работает?

Многие производственные отрасли сегодня используют станки с числовым программным управлением для ускорения производственных процессов. Эти устройства используют различные процессы, включая услуги лазерной резки. Все станки с числовым программным управлением выдают команды машинам после преобразования оцифрованного чертежа в компьютерный язык.

Этот язык предоставляет устройству инструкции, необходимые для выполнения чертежей. Связь между языком и машиной аналогична отправке изображения на принтер. Лазерные режущие станки работают по тому же принципу и могут быстро выполнять чертежи.

Конструкция устройства для лазерной резки позволяет использовать двумерные векторные файлы для управления лазерами. Оно состоит из лазерного резонатора, содержащего стекловолокно или, в некоторых случаях, газовую смесь кристаллических тел. Состав резонатора определяется методом резки материала, используемым конструктором. Процесс резки начинается с подачи энергии в смесь. Затем лазер фокусируется после прохождения смеси через различные зеркальные линзы.

 Как работает лазерная резка?

Прежде чем углубляться в преимущества и недостатки лазерной резки, важно понять принцип её работы. Станки для лазерной резки работают аналогично станкам с ЧПУ, но с более мощным лазером. Лазер направляет материал или луч с помощью ЧПУ и оптики. Устройство режет материал и управляет движениями, используя заданные ЧПУ или G-код.

После фокусировки лазерного луча материал плавится, испаряется и сгорает. Кроме того, высококачественную поверхность кромки можно получить, продувая материал газом. Формирование лазерного луча происходит в закрытом контейнере при активации лазерных материалов лампами или электрическим разрядом.

После внутреннего отражения через частичное зеркало лазерный материал усиливается. Процесс продолжается до тех пор, пока не накопится достаточно энергии в виде когерентного монохроматического света. Использование волоконной оптики или зеркал для фокусировки в рабочей области увеличивает интенсивность света.

Диаметр лазерного луча в самой тонкой точке составляет менее 0,32 мм. Ширина реза, напротив, может составлять всего 0,10 мм. Однако это зависит от толщины материала. Если резка лазерным станком начинается не с края материала, используйте метод прокалывания.

Процедура прокалывания позволяет лазеру создавать отверстие в материале с высокой мощностью. Например, прожиг листа нержавеющей стали толщиной 13 мм занимает от 5 до 15 секунд.

Основные преимущества лазерной резки

Лазерная резка имеет реальные преимущества. Они проявляются, когда ваши требования к материалу, толщине и качеству соответствуют требованиям процесса. Ниже каждое преимущество поясняется “зачем” и при каких условиях оно реализуется.

Высокая точность и узкий пропил

Лазерная резка позволяет создавать очень точные контуры. Это обусловлено узкой шириной луча и управлением движением с помощью ЧПУ. В реальных цехах достижимый допуск зависит от класса станка и толщины заготовки. Он также зависит от температурных характеристик. Но зачастую этого достаточно, чтобы сократить объем последующей обработки двухмерных профилей. Этот метод лучше всего подходит для деталей с жесткой геометрией, отверстиями и требованиями к точности кромок.

Высокая скорость на тонких и средних толщинах

Лазерная резка позволяет быстро обрабатывать материалы тонкой и средней толщины. Процесс непрерывный, бесконтактный и высокоавтоматизированный. Сложные формы часто хорошо режутся, поскольку “инструмент” не меняется. Это оптимальный вариант для производства листов с раскроем. В таких случаях производительность важнее, чем глубина 3D-элементов.

Отличная повторяемость

Повторяемость — весомый аргумент в пользу использования лазерной резки в производстве. После установки параметров процесс позволяет изготавливать детали стабильно. К этим параметрам относятся материал, газ, фокусировка и скорость. Этот подход лучше всего подходит для серийного производства. В таких условиях идентичные детали должны соответствовать друг другу без постоянной переделки.

Бесконтактная резка

Резка осуществляется лучом. Это означает отсутствие режущей силы от вращающегося инструмента. Кроме того, отсутствует изнашивающаяся кромка инструмента. Это полезно, когда деталь имеет деликатные элементы или тонкие перемычки. Этот метод лучше всего подходит для сложных профилей. При механической резке такие детали вибрируют, гнутся или образуют заусенцы.

Гибкая сложность

Лазерному резаку не требуется новый инструмент для создания нового контура. Таким образом, сложность в основном определяется программированием и стабильностью. Это не означает, что сложные 2D-профили автоматически становятся дороже. Этот вариант лучше всего подходит для частого изменения конструкции, создания прототипов и раскладок с разным количеством деталей.

Использование материалов

Лазерная резка хорошо сочетается с программным обеспечением для раскроя. Это часто повышает эффективность использования листов и снижает количество отходов. Экономия проявляется при повторных раскроях. Она также заметна, когда стоимость материалов составляет значительную часть общей стоимости. Этот вариант лучше всего подходит для крупносерийных проектов по раскрою листов и использования дорогостоящих материалов.

Потенциал автоматизации

Лазерная резка органично вписывается в рабочие процессы ЧПУ. Она может интегрироваться с системами загрузки и разгрузки. Даже без полной автоматизации она часто сокращает объем ручного труда. Это особенно актуально по сравнению с многоэтапными установками для резки. Она лучше всего подходит для производственных ячеек, ориентированных на предсказуемую производительность.

Основные недостатки и ограничения

Недостатки лазерной резки в основном связаны с её технологическими окнами. К ним относятся толщина, нагрев, выделение дыма и чувствительность к настройке. Понимание этих ограничений поможет избежать низкого качества, проблем с безопасностью и непредвиденных расходов.

Пределы толщины и производительности

Лазерная резка позволяет резать толстый металл. Но производительность и качество кромки обычно снижаются с увеличением толщины. На практике “максимальная толщина” — это не одно число. Она зависит от мощности лазера, марки материала, газа и требований к качеству. Диапазон рабочих характеристик может быть узким, если ваши требования к точности кромки на толстом листе.

Тепловое воздействие на края

Лазерная резка — это термический процесс. Он может создавать зону термического влияния (ЗТВ). Также может вызывать окисление или изменение цвета кромок. Это зависит от газа и материала. Окалина, микрозаусенцы и конусность кромок — распространённые проблемы в цехе, возникающие при отклонении параметров. Если следующим этапом будет сварка или нанесение покрытия, состояние кромок — это не просто внешний вид. Оно может повлиять на производительность.

Светоотражающие/проблемные материалы

Некоторые материалы представляют сложность. Это может быть связано с отражательной способностью, проводимостью, покрытиями или неровностями поверхности. Даже если материал “поддаётся резке”, он может потребовать более строгого контроля. Это касается фокусировки, подачи газа и стратегии прокалывания. Если важна стабильность, в таких случаях следует ожидать дополнительного времени разработки.

Требования безопасности к парам

Лазерная резка может генерировать пары и частицы. Некоторые материалы, например, некоторые виды пластика и листы с покрытием, выделяют опасные газы. Безопасная лазерная установка требует надлежащей вытяжки и фильтрации. Также необходимо соблюдать правила обращения с материалами. Это обязательное условие. Пропуск этого правила — быстрый способ превратить хороший процесс в опасный производственный процесс.

Первоначальные и эксплуатационные расходы

Промышленные лазерные резаки требуют значительных первоначальных вложений. Эксплуатационные расходы включают не только электроэнергию. Расход вспомогательного газа, обслуживание оптики и расходные материалы увеличивают стоимость детали. Простои и время работы оператора также играют свою роль. Сервис может быть экономически выгодным, если вы не покупаете оборудование. Однако цены могут быстро расти при обработке толстолистовой стали, строгих технических характеристик и сложных материалов.

Чувствительность процесса

Лазерная резка — это не всегда работа по принципу “нажал и пошёл”. Неправильные настройки могут привести к прижогам, образованию большого количества окалины или неровным краям. Кроме того, они могут привести к неравномерному пропилу. Мастерство оператора крайне важно при прожиге. Оно также важно при резке толстых листов или светоотражающих материалов.

Когда лазерная резка — правильный выбор?

Лазерная резка — правильный выбор для деталей, в основном со сквозными двухмерными прорезями. Она также подходит, если для вас важны точность, скорость и повторяемость. Воспользуйтесь этим кратким контрольным списком, чтобы принять решение.

• Ваша деталь представляет собой 2D-профиль (лист/пластина) или трубчатый профиль. Она не предназначена для глубокой 3D-обработки.
• Качество кромок и однородность размеров имеют важное значение для всей партии.
• Вам нужны сложные контуры без специального инструмента.
• Вложенность материала и сокращение отходов существенно повлияют на стоимость.
• Ваш материал и толщина соответствуют стабильному технологическому диапазону, соответствующему вашим требованиям к качеству.

Если несколько из них ответили “Нет”, лазерная резка может подойти. Но следует ожидать более точной настройки. Также может увеличиться стоимость детали или ухудшиться внешний вид кромок.

Заключение

С нашей точки зрения, 1ТП1Т, Преимущества и недостатки лазерной резки зависят от границ процесса. Когда материал, толщина и кромка соответствуют заданному диапазону, лазерная резка даёт желаемый результат. Она обеспечивает точность, повторяемость и скорость при минимальном количестве инструмента. Выход за эти пределы может привести к увеличению затрат и нестабильности процесса. Это происходит с толстыми листами, сложными материалами или слабым контролем дымоудаления.

Если вы ищете услуги лазерной резки или планируете собственный рабочий процесс, начните с граничных условий. Затем оптимизируйте процесс по скорости и стоимости. Такой порядок действий позволяет избежать большинства проблем.

Часто задаваемые вопросы

Всегда ли лазерная резка является наиболее точным вариантом?

Нет. Лазерная резка точна, но окончательная точность зависит от станка, толщины и теплового воздействия. Она может быть превосходна для профилей тонкой и средней толщины. Но более толстые листы и строгие требования к качеству кромок могут сузить диапазон. Всегда указывайте “точность” в зависимости от материала, толщины и метода контроля.

Почему толщина так сильно влияет на качество резки?

Более толстый материал сложнее расплавить и удалить через пропил. С увеличением толщины тепловой поток и газоочистка становятся более чувствительными. Это повышает риск образования окалины и конусности. Именно поэтому настройки, которые отлично смотрятся на тонком листе, могут не сработать на толстом.

Какие недостатки наиболее распространены в ежедневном производстве?

Наиболее распространёнными производственными проблемами являются образование окалины, окисление кромок и чувствительность к параметрам. Обычно они связаны с настройками газа, положением фокуса или состоянием поверхности материала. Хорошее управление процессом решает больше проблем, чем просто увеличение мощности.

Действительно ли мне нужна вытяжка дыма, если я режу только металл?

Да. Резка металла по-прежнему приводит к образованию частиц и паров. Некоторые покрытия создают дополнительную опасность. Даже если газ не очень токсичен, мелкие частицы представляют опасность для здоровья. Они также создают проблемы в ведении домашнего хозяйства. Правильная вентиляция и фильтрация защищают людей, оптику и обеспечивают бесперебойную работу оборудования.

Когда услуга лазерной резки более выгодна, чем покупка станка?

Услуга часто оказывается более выгодной, когда объёмы работ неопределены или характер работ сильно варьируется. Это позволяет вам не покупать оборудование, поскольку вы платите за каждый заказ. Если ваша работа стабильна, повторяется и имеет большой объём, приобретение оборудования может быть целесообразным. Это возможно только в том случае, если вы можете обеспечить его персоналом и обслуживать.