В производството прецизността, ефективността и гъвкавостта са се превърнали в основни елементи. Сред многобройните технологии за рязане, лазерното рязане се е превърнало в ключов процес, незаменим при производството на различни продукти, от микромедицински устройства до големи аерокосмически компоненти.
Какво е лазерен рязане?
Лазерното рязане е метод за термично рязане, който използва лазерен лъч с висока плътност на мощността за облъчване на детайла, което кара материала да се разтопи, изпари или да достигне бързо точката си на запалване. Едновременно с това, високоскоростен газов поток, коаксиален на лазерния лъч, издухва разтопения материал, като по този начин реже детайла. Накратко, той постига прецизно рязане чрез преобразуване на светлинната енергия в топлинна енергия.
Основни стъпки:
- Генериране на енергия: Лазерите (като CO2 лазери, влакнести лазери или кристални лазери) генерират лазерна светлина със специфична дължина на вълната чрез възбуждане на усилваща среда (като газ, влакно или кристал).
- Фокусиране на лъча: Генерираният лазерен лъч се предава и фокусира през серия огледала и специална система от лещи, за да образува малко петно с изключително висока енергийна плътност.
- Взаимодействие с материалите: Това високоенергийно светлинно петно въздейства върху повърхността на материала, бързо нагрявайки локалната област до температура на топене или дори изпаряване.
- Отстраняване на шлака: Дюза, разположена след лазерната глава, впръсква спомагателен газ под високо налягане (като кислород, азот или въздух), за да отстрани разтопената метална шлака, като по този начин образува чист и гладък разрез.
- Управление на движението: Цялата лазерна глава се управлява прецизно от система за компютърно числово управление (CNC), движейки се по предварително определена траектория, определена от CAD чертежа, като по този начин изрязва всякаква сложна форма върху материала.
Сравнение на основните технологии за лазерно рязане
Не всички технологии за лазерно рязане са еднакви. Основните им разлики се състоят във вида лазер и използваните материали. Трите най-често срещани вида са:
-
Фибро лазерно рязане
Принцип: Лазерното генериране използва оптични влакна, легирани с редкоземни елементи като итербий, като усилваща среда. Лазерният лъч се предава през гъвкави оптични влакна, като по този начин се постигат изключително ниски загуби на енергия.
Предимства: В момента е водеща технология в металорежещата индустрия. Тя се отличава с висока ефективност на фотоелектрическото преобразуване (над 30%), икономия на енергия и изключително висока скорост на рязане, което я прави особено подходяща за рязане на тънки листове. Освен това, предлага предимства като ниски разходи за поддръжка, стабилна работа и възможност за перфектно рязане на материали с висока отразяваща способност като мед и алуминий.
Приложими материали: Всички метали (въглеродна стомана, неръждаема стомана, алуминиева сплав, медна сплав, титанова сплав и др.).
-
Лазерно рязане с въглероден диоксид
Принцип: Лазерите се генерират чрез стимулиране на смес от въглероден диоксид в контейнер под високо налягане.
Предимства: Зряла технология, гладка режеща повърхност, с определени предимства при рязане на неметали и по-дебели цветни метали. Приложими материали: Метали, акрил, дърво, кожа, стъкло, пластмаси, тъкани и други неметални материали.
-
Лазерно рязане на кристали
Характеристики: Производителността му е между тази на фибро лазерите и CO2 лазерите. Въпреки че е способен да реже както метали, така и неметали, той има ограничен живот на кристала и е сравнително скъп. Пазарният му дял постепенно се заменя от по-ефективна и издръжлива технология за фибро лазери.
Как да изберем?
За по-голямата част от приложенията в металообработването, машините за фибролазерно рязане в момента са най-добрият и най-икономичен избор. Ако често обработвате неметални материали, може да обмислите използването на машина за CO2 лазерно рязане или комбинация от двете.
Предимства на лазерното рязане
- Изключително висока прецизност и качество: Малкият размер на лазерното петно и високата енергийна плътност водят до отлично качество на рязане. Лазерното рязане създава тесен прорез с минимална грешка в прецизността на рязане между горната и долната част, което води до красиво и чисто напречно сечение. Грапавостта на повърхността може да бъде с точност до микрометър. Термично чувствителната зона на лазерно рязане е изключително малка, което минимизира деформацията на материала. Материалите, изрязани с лазер, могат да се използват директно без шлайфане или полиране.
- Отлична гъвкавост: CNC системата за управление може мигновено да променя моделите на рязане, просто като променя чертежите, без да се променят матриците. Това я прави идеална за създаване на прототипи и производство на малки партиди по поръчка.
- Безконтактен машинна обработка: Лазерното рязане елиминира необходимостта от контакт с детайла, като по този начин се избягва износването на режещия диск и други форми. При обработката на различни детайли не е необходимо да се сменят приспособленията; само параметрите на рязане се нуждаят от регулиране. Цялата система работи без физически контакт, което води до изключително нисък шум. Остатъците, получени по време на рязане, са под формата на прахови частици, които са лесни за почистване, което минимизира замърсяването на околната среда.
- Висока скорост и ефективност: Лазерното рязане се отличава с изключителна мащабируемост. Оборудването работи чрез програмируемо управление и може да бъде оборудвано с устройства за автоматично зареждане и разтоварване, което елиминира необходимостта от ръчна намеса. Ефективността на една машина за лазерно рязане далеч надхвърля тази на традиционното оборудване за рязане. Лазерното рязане не изисква скоби, като по този начин елиминира необходимостта от смяна на инструменти при рязане на определени материали с форма на матрица. Оборудването може да извършва непрекъснати операции по рязане за продължителни периоди, а система за водно охлаждане гарантира, че оборудването поддържа постоянна температура.
- Широка съвместимост с материали: Една машина може да обработва различни материали, от метали до неметали, което значително подобрява използването на оборудването и възвръщаемостта на инвестициите.
- Автоматизация и интеграция: Може лесно да се интегрира в автоматизирани производствени линии и да се използва заедно с роботи за товарене и разтоварване.
Приложения за лазерно рязане
Лазерното рязане се използва в почти всички промишлени сектори и най-голямата му привлекателност се крие в изключителната му гъвкавост – може да реже всичко, което можете да си представите.
Обработка на ламарина и машиностроене:
Това е най-традиционната област на приложение. Използва се за производство на шасита и шкафове, механични части, кухненски прибори, асансьорни панели, метални мебели и др. Има предимствата на висока скорост, висока прецизност и възможност за постигане на масово производство.
Автомобилно производство:
Лазерното рязане се използва широко в автомобилната индустрия, включително за заготовка и рязане на панели за каросерии, термоформовани панели, подсилващи ребра и заварени по поръчка заготовки. Автоматизираните системи за товарене и разтоварване позволяват високоскоростно и гъвкаво производство, отговарящо на изискванията за високо качество и лек дизайн.
космически:
Използва се за рязане на високоякостни стоманени плочи, части от алуминиеви сплави на каросерията, тъкани за въздушни възглавници, обшивка на самолети, лопатки на двигатели и други компоненти с изключително високи изисквания за безопасност и прецизност.
Електроника и прецизни инструменти:
Прецизните лазери могат да режат вътрешни структурни компоненти на смартфони, печатни платки (FPC), полупроводникови компоненти и миниатюрни корпуси на сензори, отговаряйки на тенденцията за миниатюризация в електронните продукти.
Архитектура и декорация:
В мостове, фабрики и сглобяеми сгради лазерното рязане се използва за рязане на структурни компоненти като H-греди, швелер, ъглов стоманен профил и ламарина. Предимствата му са във високо качество на рязане и минимална термична деформация, като по този начин се подобрява ефективността на сглобяване на сглобяемите компоненти. Лазерното рязане може да се използва и за създаване на сложни метални арт паравани, интериорни и екстериорни декоративни панели, парапети за стълби, лога на марки и скулптури, като перфектно интегрира артистичния дизайн с промишленото производство.
Медицински изделия:
Производството на хирургически инструменти, стентове и ортопедични импланти изисква изключително чиста и безстресова среда, което прави лазерното рязане незаменим процес.
Електроника и полупроводници:
има уникални предимства като безконтактна, без мустаци и минимална зона, засегната от топлина, в процеси като депанелиране на печатни платки, маркиране на чипове и пробиване на гъвкави схеми и се използва широко в областта на производството на прецизна микроелектроника.
Реклама и креативни индустрии:
Лазерното рязане е безценен инструмент за рекламното производство и креативните дизайнери за изрязване на акрилни букви, POP дисплейни стойки, дървени модели, кожени шарки и текстилни тъкани.
Нова енергийна индустрия:
Технологията за лазерно рязане се използва за рязане на силициеви пластини и литиеви батерии, необходими за слънчеви фотоволтаични панели, и е ключово звено във веригата на индустрията за чиста енергия. Лазерната технология се характеризира с безконтактно рязане, висока степен на постоянство и ниска загуба на материал.
Какви материали може да се реже с лазерно рязане?
Лазерната машина за рязане е машина, която използва лазерен лъч за обработка на различни материали. Тя има предимства като висока прецизност, висока скорост и безконтактна работа. Тя може да реже различни материали, включително, но не само:
- Метали: Включително неръждаема стомана, въглеродна стомана, легирана стомана, силициева стомана, пружинна стомана, алуминий, алуминиеви сплави, поцинкована ламарина, декапирана ламарина, титан и титанови сплави, както и никелови сплави. Машините за лазерно рязане обикновено използват окислители, за да подпомогнат обработката на метала, за да подобрят скоростта и качеството на рязане. Въпреки това, за материали като високовъглеродна стомана, зоната на топлинно въздействие може да бъде голяма. Медта не е подходяща за лазерно рязане, тъй като може да повреди защитната леща.
- Неметални материали: Въпреки че машините за лазерно рязане се използват предимно за рязане на метали, те могат да режат и гравират и някои неметални материали, като дърво, акрил, стъкло, керамика, гума и хартия. Тези приложения най-често изискват специализирано оборудване, като например машини за CO2 лазерно рязане или машини за фибро лазерно рязане.
Лазерните машини за рязане обаче не са панацея. Някои материали не могат да бъдат ефективно режени, като например камък, кожа и плътни материали, съставени от растителни влакна, дървесни влакна и др. Тези материали не могат да абсорбират дължината на вълната на лазерните машини за рязане или ще причинят проблеми като изгаряне по време на процеса на рязане и следователно не могат да бъдат ефективно обработвани от лазерни машини за рязане.
В сравнение с рязането с тел и лазерното рязане, какви са съответните им характеристики?
Wire EDM
- Висока скорост и ефективност: Нишковата ерозионна обработка е бърза и подходяща за масово производство. Тя е високоефективна и може да изпълнява сложни задачи по рязане.
- Голяма дебелина на рязане: Телната ерозия има относително голяма дебелина на рязане и е по-ефективна за рязане на материали с дебелина над 3 мм.
- Грубо рязане: Остриетата за телово-ерозионна рязане са сравнително груби и изискват последващо шлайфане и полиране; в противен случай това ще повлияе на последващата обработка.
Лазерно рязане
- Висока прецизност и отлично качество на рязане: Лазерното рязане може да постигне високопрецизни и висококачествени разрези, с чисти и гладки ръбове, елиминирайки необходимостта от вторична обработка. Подходящо е за високопрецизна и висококачествена машинна обработка.
- Широка гама от приложения: Лазерното рязане е подходящо за рязане на повечето материали, включително метали, неметали, пластмаси, керамика и др.
- Ограничена дебелина на рязане: Лазерното рязане има относително ограничена дебелина на рязане и не е подходящо за рязане на по-дебели материали.
Обикновено рязането с тел е подходящо за масово производство, където дебелината на рязане е по-голяма от 3 мм, докато лазерното рязане е подходящо за приложения, изискващи висока прецизност, малка дебелина на рязане и голямо разнообразие от материали. В практическите приложения е необходимо да се избере подходящ метод на рязане въз основа на специфичните изисквания за рязане, за да се постигнат най-добри резултати от обработката.
Заключение:
Технологията за лазерно рязане се е развила от авангардна технология в крайъгълен камък на съвременното производство. Нейната несравнима прецизност, скорост и гъвкавост продължават да стимулират иновациите в различни области, от индустрията до изкуството. С непрекъснатото развитие на технологията за фибърни лазери и непрекъснатата оптимизация на разходите, лазерното рязане става все по-широко разпространено, което е от полза за всички - от големи тежки промишлени предприятия до малки творчески студия.
ЧЗВ за лазерно рязане
1. Какво е лазерно рязане?
Лазерното рязане е прецизен производствен процес, който използва фокусиран лазерен лъч за рязане, гравиране или оформяне на материали с изключителна точност и чисти ръбове.
2. Какви материали могат да бъдат режени с лазер?
Лазерното рязане е подходящо за неръждаема стомана, въглеродна стомана, алуминий, месинг, мед, титан, акрил, дърво, пластмаси, хартия, плат и много други материали, в зависимост от вида на лазера.
3. Колко точно е лазерното рязане?
Съвременните машини за лазерно рязане обикновено постигат толеранси от ±0.05 мм до ±0.20 мм , в зависимост от материала, дебелината, качеството на машината и параметрите на рязане.
4. Какви са предимствата на лазерното рязане?
Лазерното рязане предлага висока прецизност, бързи производствени скорости, гладки ръбове, минимални отпадъци от материал, отлична повторяемост и възможност за производство на сложни форми без допълнителни инструменти.
5. Каква е максималната дебелина, която може да се обработи с лазерно рязане?
Максималната дебелина на рязане зависи от мощността на лазера и материала. Високомощните фибърни лазери могат да режат въглеродна стомана с дебелина над 30 мм , докато по-тънките материали обикновено осигуряват най-добро качество и скорост на рязане.
6. Изисква ли лазерното рязане последваща обработка?
В повечето случаи, лазерно изрязаните части изискват малко или никаква довършителна обработка. Въпреки това, в зависимост от изискванията на приложението, може да се наложи обезмасляване, полиране, огъване, заваряване или обработка на повърхността.
7. В кои индустрии се използва най-често лазерно рязане?
Лазерното рязане се използва широко в автомобилната, аерокосмическата, електрониката, медицинските изделия, строителството, потребителските продукти, промишленото оборудване и металообработването.
8. Как да избера надежден производител на лазерно рязане?
Търсете производител с модерно оборудване, опитни инженери, строг контрол на качеството, проследимост на материалите, бърза доставка, конкурентни цени и сертификати като ISO 9001.
9. Подходящо ли е лазерното рязане за създаване на прототипи?
Да. Лазерното рязане е отличен избор за бързо прототипиране, защото не изисква специални инструменти, предлага кратки срокове за изпълнение и е рентабилно за производство с малък обем.
10. Може ли лазерното рязане да се комбинира с други производствени процеси?
Да. Лазерното рязане често се комбинира с CNC обработка, огъване на ламарина, заваряване, прахово боядисване, анодиране и други довършителни процеси, за да се произведат цялостни детайли по поръчка.
