Лазерная резка — технология бесконтактного разделения

Лазерная резка представляет собой технологию разделения, позволяющую разрезать металл и неметаллические материалы различной толщины. Основным является луч лазера, который направляется, формируется и фокусируется в пучок. При контакте луча с заготовкой материал разогревается настолько, что расплавляется или испаряется. Вся мощность лазера фокусируется при этом в точке, диаметр которой в большинстве случаев не достигает и полмиллиметра. Если в этом месте подача тепловой энергии превышает возможности ее отведения за счет теплопроводности, луч лазера проходит через всю толщу материала — процесс резки начался. В то время как при других технологиях массивные инструменты с очень большой силой воздействуют на лист материала, луч лазера выполняет свою работу бесконтактно. Таким образом, исключается износ инструмента и деформация или повреждение заготовки.

Преимущества лазерной резки

Разнообразие материалов

Лазер обеспечивает надежную и высококачественную резку всех материалов, которые обычно обрабатываются в промышленности: от стали, алюминия, нержавеющей стали и цветных металлов до неметаллических материалов, таких как пластик, стекло, дерево и керамика. Инструмент позволяет резать листы самой разной толщины — от 0,5 до 30 с лишним миллиметров. Этот чрезвычайно широкий спектр материалов делает лазер режущим инструментом номер 1 для различных сфер применения в обработке металлов и других материалов.

Отличная резка по любому контуру

Сфокусированный в пучок луч лазера нагревает материал точечно, так что термическая нагрузка на остальную часть заготовки минимальна или вообще отсутствует. Благодаря этому ширина реза лишь незначительно превышает толщину луча. Это позволяет вырезать даже сложные контуры с большим числом мелких деталей, а кромки получаются гладкими и без заусенцев. Отнимающая много времени дополнительная обработка в большинстве случаев не требуется. Благодаря своей универсальности эта технология резки часто используется при малых размерах партии, большом разнообразии вариантов и при создании опытных образцов.

Высококачественная кромка реза благодаря ультракоротким импульсам

Лазер, генерирующий ультракороткие импульсы, испаряет практически любой материал настолько быстро, что эффект теплового воздействия остается ничтожным. Образуется высококачественная кромка реза без оплавленных краев. Поэтому лазеры оптимально подходят для изготовления филигранных изделий из металла, например стентов, используемых в медицине. При изготовлении дисплеев лазеры, генерирующие ультракороткие импульсы, режут химически закаленное стекло.

Ознакомьтесь с нашими изделиями для лазерной резки

Будь то двухмерная или трехмерная лазерная обработка — TRUMPF предоставляет станки и системы для самых разнообразных сфер применения.

Подробнее

Процесс лазерной резки

Технология лазерной резки основана на взаимодействии между сфокусированным лучом лазера и заготовкой. Чтобы обеспечить безопасность и точность этого процесса, наряду с лучом лазера используются многочисленные компоненты и вспомогательные средства. Их действие наглядно представлено на следующем рисунке.

Фокусирующая оптика: линзовая и зеркальная оптические системы фокусируют луч лазера в месте обработки
Луч лазера: луч лазера контактирует с заготовкой и нагревает ее так, что ее материал начинает плавиться или испаряться.
Режущий газ: газ для резки выдувает возникающий расплав из реза. Газ выходит из сопла коаксиально с лучом лазера.
Шероховатость реза: при лазерной резке на кромке реза образуются характерные бороздки. При низкой скорости резания эти бороздки располагаются практически параллельно лучу лазера.
Расплав: луч лазера — сфокусированное лазерное излучение — направляется вдоль контура и вызывает точечное расплавление материала.
Плоскость резания на заготовке: ширина реза ненамного превышает толщину сфокусированного луча лазера.
Сопло: через режущее сопло луч лазера и газ для резки попадают на заготовку.
Направление резания: в результате перемещения режущей головки или заготовки в определенном направлении возникает щель резки.

Разнообразные возможности применения лазерной резки

Практически нет видимых заусенцев: отличное качество детали (зубчатого колеса) даже при лазерной резке материала большой толщины.

Лазерная резка заготовок из углепластика

Стеклопластик является идеальным материалом для облегченных конструкций. Он очень сложен для обработки практически для любого инструмента, но не для лазера. Прежде всего, при создании опытных образцов наши клиенты могут воспользоваться такими преимуществами лазерного режущего инструмента, как скорость и способность вырезать любые формы.

Лазер обеспечивает высокое качество обработки любых используемых в промышленности материалов: от конструкционной и нержавеющей стали до материалов с высокой отражательной способностью.

Быстро, без заусенцев, в трех измерениях лазер обрабатывает заготовки, полученные методом горячей штамповки, например средние стойки кузова в автомобильной промышленности.

При резке расплавлением лазер обеспечивает чрезвычайно быструю и экономичную резку тонкой нержавеющей и конструкционной стали толщиной от 0,5 миллиметра.

Lasergeschnittenes Hitzeschutzblech für Abgasanlagen

Лазер позволяет также точно выполнять финальный раскрой трехмерных заготовок, например для теплозащитных экранов систем выпуска ОГ.

Schneiden von sprödharten Materialien wie Glas mit dem Laser

На станках для лазерной резки можно обрабатывать даже твердые и хрупкие материалы, такие как стекло, и получать при этом зеркально гладкую поверхность реза без заусенцев и осколков.

Опция BrightLine fiber представляет собой продуманную комбинацию специальных оптических устройств, сопел, оптимизированных по отношению к потоку, и других технических инноваций. Преимущество: благодаря высокому качеству кромки реза детали не зацепляются друг за друга при выгрузке.

По сравнению с технологиями механического разделения лазер позволяет быстрее изготавливать кухонные ножи, причем дополнительная обработка режущей кромки потом не требуется.

Лазеры, генерирующие короткие и ультракороткие импульсы, быстро и экономично вырезают самые филигранные структуры в микронном диапазоне. Речь идет, например, о вырезанных лазером стрелках в часовой промышленности или имплантатах, используемых в медицине.

- / -

Краткий обзор технологий лазерной резки

Когда речь идет о резке металла и неметаллических материалов, лазер как универсальный инструмент во многих случаях является наилучшим выбором. Луч лазера вырежет практически любой сложный контур быстро и точно — даже если контур имеет большое число мелких деталей, а материал очень тонкий. При этом способ обработки и результат зависят от используемого газа для резки и давления.

Газокислородная резка

При газокислородной резке в качестве режущего газа используется кислород, который под давлением до 6 бар выдувается в щель резки. Там он сжигает и окисляет расплав металла. Энергия, выделяемая в ходе этой химической реакции добавляется к энергии луча лазера. При газокислородной резке можно добиваться очень высокой скорости резания и обрабатывать листы большой толщины и конструкционную сталь.

Лазерная резка методом расплавления

При лазерной резке методом расплавления в качестве режущего газа используются азот или аргон. Газ под давлением 2–20 бар выдувается через щель резки и, в отличие от газокислородной резки, не реагирует с металлической поверхностью в прорези. Преимуществом этого способа резки является то, что кромка реза не имеет заусенцев и не окисляется, так что последующая обработка практически не требуется.

Сублимационная резка

Сублимационная резка используется, прежде всего, для выполнения прецизионных задач, когда требуется особенно высокое качество кромки реза. При этом способе лазер испаряет материал, расплавляя его лишь минимально. Испаряющийся материал создает в щели резки высокое давление, которое выталкивает расплав вверх и вниз. Технологический газ (азот, аргон или гелий) защищает поверхность реза от воздействия окружающей среды, так что кромки реза не окисляются.

Точная резка

При прецизионной лазерной резке с использованием импульсов энергии лазера делается ряд отдельных отверстий, которые перекрываются на 50–90 % и образуют щель резки. Короткие импульсы обеспечивают очень большую пиковую импульсную мощность и чрезвычайно высокие значения плотности мощности на поверхности заготовки. Преимущество: нагревание заготовки минимально, что позволяет исключить тепловую деформацию даже при вырезании филигранных деталей.

Параметры, влияющие на процесс лазерной резки

Положение фокуса и диаметр фокуса

Положение фокуса влияет на плотность мощности и форму реза на заготовке. Диаметр фокуса определяет ширину зазора и форму реза.

Мощность лазера

Для преодоления порога начала обработки, то есть точки, в которой материал начинает плавиться, энергия, подаваемая на единицу площади, должна достичь определенного значения. Она определяется следующим образом: энергия на единицу площади = плотность мощности x время воздействия на заготовку.

Диаметр сопла

Правильный выбор сопла имеет решающее значение для качества деталей. Оно определяет форму газовой струи и количество газа, проходящее через диаметр сопла.

Вид режима

Непрерывный режим или пульсация — вид режима определяет, подается энергия лазера на заготовку постоянно или с перерывами.

Скорость резания

В зависимости от задачи и обрабатываемого материала определяется скорость резания. Общее правило: чем больше мощность лазера, тем быстрее можно выполнять резку. Кроме того, скорость резания уменьшается при увеличении толщины материала. Настройка скорости на слишком большое или слишком низкое значение для соответствующего материала приводит к увеличению глубины шероховатости и образованию заусенцев.

Степень поляризации

Почти все углекислотныелазеры дают линейно-поляризованный луч. При вырезании контуров результаты резки меняются в зависимости от направления резания: если луч пульсирует в направлении резания, кромка получается гладкой. Если свет пульсирует перпендикулярно направлению резания, образуется заусенец. Поэтому линейно-поляризованный лазерный луч в большинстве случаев преобразуется в циркулярно-поляризованный свет. Степень поляризации показывает, насколько удалось достичь желаемой циркулярной поляризации, и решающим образом влияет на качество поверхности реза. При использовании твердотельных лазеров нет необходимости менять поляризацию. У них результат резки не зависит от направления резания.

Газы для резки и усилие резания

В зависимости от способа резки используются различные технологические газы, которые под разным давлением подаются через щель резки. Например, преимуществом аргона и азота в качестве режущего газа является то, что они не вступают в реакцию с расплавленным металлом в щели резки. В то же время они защищают поверхность реза от воздействия окружающей среды.

Лазерная резка и лазерное сверление

Лазер справляется с самыми разнообразными задачами, связанными с резкой: от изготовления прорезей с точностью до микрометра в тончайшем чипе до высококачественного разреза в стальном листе толщиной 30 миллиметров. При лазерном сверлении луч лазера бесконтактно создает как мельчайшие, так и достаточно большие отверстия в металлах, синтетических материалах, бумаге и камне.

В чем уникальность лазерного излучения?

Лазерное излучение обладает рядом особенных характеристик. Условия его использования в качестве инструмента таковы: он монохромный, то есть все световые волны обладают одинаковой длиной. Все световые волны в луче лазера пульсируют синхронно (когерентность) и проходят практически параллельно друг другу. Поэтому луч расширяется лишь незначительно. Плотность мощности луча лазера намного выше, чем плотность мощности обычных источников света.

Почему лазер идеально подходит для использования в качестве производственного инструмента?

Когда луч лазера наконец направлен, сформирован и сфокусирован в пучок, из него получается идеальный инструмент для производства. Другие методы требуют воздействия огромной силы массивными инструментами на листы, а лазерный луч справляется со своей работой бесконтактно и, следовательно, без износа. Лазеры способны создавать очень точные контуры и структуры и нагревать материал точечно. Термическая нагрузка на остальную часть заготовки минимальна или вообще отсутствует. Такой универсальный инструмент позволяет создавать самые разные формы и контуры на одном и том же станке.

Что происходит при резке и сверлении лазером?

В месте контакта сфокусированного луча лазера с заготовкой материал разогревается настолько, что расплавляется или испаряется. Как только &&луч пройдет через всю толщу заготовки, начинается процесс резки: луч лазера движется вдоль контура детали и на своем пути расплавляет материал. Как правило, поток газа выдувает расплав из щели резки вниз. Ширина реза лишь незначительно превышает толщину сфокусированного луча лазера. При лазерном сверлении короткий лазерный импульс с высокой плотностью мощности расплавляет и испаряет материал. Возникающее при этом высокое давление выталкивает расплав из отверстия.

Откройте для себя разнообразие способов резки

Газокислородная резка

Стандартный метод резки конструкционной стали.

Подробнее

Лазерная резка методом расплавления

Разделение любых плавких материалов.

Подробнее

Lasergeschnittener Stent, TruMicro Serie 2000

Сублимационная резка

Высокое качество прецизионных кромок реза.

Подробнее

Сверление

Лазерный луч бесконтактно создает мелкие и большие отверстия.

Подробнее

Вам могут быть интересны эти темы

Лазерные трубоотрезные станки

Инженеры-конструкторы все чаще делают выбор в пользу свободы действий, которую дает лазерная резка труб на станках TruLaser Tube от TRUMPF.

Подробнее

Краткий обзор ваших преимуществ при использовании наших станков для лазерной резки.

Практически бесконечные возможности: интеллектуальные функции TRUMPF позволяют в полной мере использовать мощность лазера вашего станка. Каким образом? Это вы узнаете здесь.

Подробнее

Технологическая схема станков для лазерной резки 2D

Станки для двухмерной лазерной резки

Углекислотный или твердотельный лазер? Мы предлагаем станки для лазерной 2D-резки, отвечающие самым строгим требованиям, и найдем оптимальное решение для любых типов листа.

Подробнее