Лазерная резка - сущность и особенности процесса

Лазерная резка - одна из разновидностей электронно-лучевой обработки различных материалов, при которой разделение заготовок производится вследствие точного размерного плавления.

Как работает лазерная резка

Для создания на разделяемой кромке высоких температур, достаточных для размерного испарения материала, используется мощный лазер. Электронные лучи, концентрируясь в пучке малого диаметра, направляются через оптическую систему, причём для резки по сложному контуру используется лазерная резка с ЧПУ. В этом случае движение луча или материала контролируется при помощи так называемого G-кода шаблона, который изготавливается методами 3D-моделирования и полностью соответствует контуру вырезаемого изделия (см. рис. 1).

Сфокусированный лазерный луч мгновенно плавит и испаряет материал до уровня мельчайших частиц, которые сдуваются струёй инертного газа. В результате образуется кромка с высококачественной поверхностью.

Лазерный луч создается путём активации лазерных материалов электрическими разрядами, возбуждающимися внутри закрытого контейнера. Эффект лазерной резки усиливается вследствие отражения луча с применением зеркальных элементов до тех пор, пока энергия излучения не достигнет уровня, при котором образуется направленный электронный поток светового излучения. Этот свет фокусируется с помощью средств волоконной оптики, которые направляют луч через усиливающую линзу.

Стадии процесса:

1. Получение первичного отверстия путём импульсного лазерного луча высокой мощности.
2. Трассировка луча в соответствии с формой используемого шаблона.
3. Выход луча на кромку изделия с постепенным снижением мощности электронного потока.
4. Удаление готовой детали.

Рисунок 1 – Шаблоны для лазерной резки по сложным контурам.

Схема лазерной резки деталей из стального листа представлена на рис. 2.

Виды лазерной резки

Практическое применение нашли:

• CO2–лазер, применяемый для резки с обычной точностью (±0,30…0,35 мм);
• Неодимовый (Nd) лазер для обработки отверстий с малым числом повторений;
• Комбинированный лазер на алюминиево-иттриевых компонентах, предназначенный для обработки особо толстолистовых материалов, а также сталей с высокой температурой плавления;
• Лазер волоконного типа для резки с повышенной точностью, где применяется твёрдая усиливающая среда.

Наиболее распространёнными являются лазеры на СО2. Возбуждение электронного луча производится по радиочастоте. При этом образуется поток внешних электронов, что позволяет избежать проблем, связанных с износом рабочих деталей инструментальной головки.

Важным компонентом лазерной резки является тип газового потока. В зависимости от конструкции станка он может быть осевым, радиальным или плоским.

Применение

Лазерная резка позволяет получать на изделиях ровные и плотные разрезы, кромка которых гораздо качественнее, чем при механической обработке (см. рис. 3). При помощи лазерного резака можно автоматически создавать большое количество металлических деталей для автомобилей, компьютеров и пр.

В автомобильной и аэрокосмической промышленности описанный процесс применяется при обработке рам, корпусных деталей, компьютерных плат и т.д. Резка лазером особенно эффективна для таких металлов, как алюминий, серебро, медь и золото, которые обладают отражающими свойствами.

Лазерная резка играет огромную роль в медицинской промышленности, где важны предельная точность и жёсткие допуски на размеры. Многие медицинские изделия – ортопедические, хирургические инструменты и многое другое получаются именно этой технологией, которая гарантирует необходимую производительность без ущерба по точности обработки.

Рисунок 2 - Схема процесса: 1,3 – отражающие зеркала; 2 – резонирующее устройство; 4 – рабочая головка станка; 5 – фокусирующая система; 6 – линза; 7 – инструментальная головка; 8 – отсос испаряемых частиц; 9 – отвод охлаждающей жидкости; 10,11 – устройство для разделения и удаления готовых деталей; 12-14 – узел подачи листовой заготовки.

Услуги лазерной резки целесообразно заказывать на специализированных предприятиях, располагающих необходимым оборудованием. На нём можно выполнить не только разделение материалов, но также лазерное осаждение, упрочнение, плавление, сварку.

Рисунок 3 – Качество контура, полученной методом лазерной резки

Фото: pinterest.ru, pinterest.com, studfile.net, stock.adobe.com.