25.12.2008
Лазерная резка: преимущества, спектр применений, оборудование. Ч. 2
Лазерная резка:
преимущества, спектр применений, оборудование, ч. 2
Опубликовано в журнале "Металообработка и станкостроение", ноябрь-декабрь 2008, http://www.metstank.ru/
В настоящее время на технологию лазерной резки приходится 30-35% промышленных применений лазера. Лазерная резка применяется практически во всех отраслях промышленности от авиакосмического и судостроения, автомобилестроения до высокоточного приборостроения и др. отраслей электроники, медицинского приборостроения и других. Технология одинаково успешно применяется для резки габаритных изделий (детали кузовов, строительные конструкции и узлы летательных аппаратов, двери и т.д.), для вырезки менее габаритных изделий (панели и корпуса, кронштейны, приборные щитки, дисковые пилы) и для изготовления миниатюрных изделий с микронной точностью (фильтры, прокладки, медицинские имплантаты и т.д.).
На сегодняшний день в промышленности помимо механической используется резка, основанная на электрохимическом, электрофизическом и физико-химическом воздействиях. Это ацетилено-кислородная и плазменная резка, обеспечивающие более высокую производительность по сравнению с механическими методами. Однако они не обеспечивают необходимой точности и чистоты поверхности реза и в большинстве случаев требуют дополнительной механической обработки. Электроэрозионная резка позволяет получить рез малой ширины с высоким качеством, однако характеризуется низкой производительностью.
Сфокусированное лазерное излучение позволяет обрабатывать практически любые материалы с высокой (в микронном диапазоне) точностью. К преимуществам лазерной резки также можно отнести:
- значительную экономию и гибкость процесса
- отсутствие механических воздействий на материал, что позволяет обрабатывать хрупкие материалы; обеспечивает минимальные деформации
- минимальное термическое воздействие, его локальность
- возможность изготавливать детали сложной формы как в единичном экземпляре, так и в больших количествах с высокой повторяемостью.
Сегодня на российском рынке предлагаются как новые, так и б/у станки российского и импортного производства на основе различных типов лазеров.
Системы для резки на СО2 лазерах.
Длина волны излучения таких лазеров – 10 мкм. Такое излучение хорошо поглощается стеклом, оргстеклом, деревом, пластиками, металлами. Однако для резки металлов требуются лазеры достаточно большой мощности (от 500 Вт, цветных – 1000 и более Вт). Среди систем на СО2 наиболее распространены раскройные комплексы с лазерами до 5 кВт, которые позволяют резать сталь толщиной до 20 мм.
Сегодня на российском рынке работают все известные мировые производители таких систем, среди них: Trumpf (Германия), Bystronic (Швейцария) Mazak (Япония), Prima Industrie (Италия) , Knuth Werkzeugmaschinen Gmbh (Германия), AMADA (Япония), FINN-POWER (Финляндия) и др. Кроме того, на рынке также активно представлены российские производители, среди которых можно выделить ЗАО «Лазерные комплексы» и ЗАО «Технолазер» (г. Шатура).
Комплексы с импульсными твердотельными лазерами с ламповой накачкой мощностью до 300-500 Вт
Одно из основных преимуществ система на основе таких лазеров – работа в импульсном режиме, который позволяет добиваться минимальной зоны нагрева материала, и, как следствие – отсутствия деформаций.
Эти системы используются в основном для высокоточной и сложноконтурной резки металлов (в т.ч. стали, алюминия, латуни, меди, золота и серебра), труднообрабатываемых материалов толщиной до 3-4 мм, фигурной резки с большим количеством мелких отверстий и фрагментов и т.д. – то есть в тех применениях, где использование СО2 неэффективно или невозможно.
Такие лазеры обладают ограниченной мощностью и производительностью, и соответственно ограничены толщины обрабатываемых материалов. В то же время системы на таких лазерах обеспечивают точность обработки порядка единиц-десятков микрон.
В сегменте комплексов с ламповой накачкой доля российских производителей составляет почти 100%. Основные производители таких систем в России - НПЦ «Лазеры и аппаратура ТМ (г. Зеленоград), НПФ "ТЕТА" (Москва).
Комплексы с волоконными лазерами
В 2002-2003 годах на мировом рынке появился принципиально новый продукт – волоконные лазеры, разработанные и производящиеся транснациональной научно-технической Группой «IPG Photonics».
На сегодняшний день IPG-Photonics – общепризнанный лидер мирового рынка в области разработок и производства промышленных волоконных лазеров мультикиловаттного диапазона (до 50 кВт). Объем выпуска таких лазеров в последние годы стремительно растет, вытесняя из промышленности лазеры других типов.
Такой успех волоконных лазеров связан, в частности, с тем, что они успешно работают в спектре применения СО2 лазеров, а также твердотельных, обладая существенно более высоким КПД, и обеспечивая существенно большую производительность чем СО2 лазеры при той же мощности. Кроме того, волоконные лазеры требуют существенно меньше затрат на обслуживание и обладают меньшим энергопотреблением.
Однако при этом, спектр материалов и возможности технологий волоконных лазеров ограничен, и зачастую более эффективным оказывается применение станков на других типах лазеров.
Основными производителями-интеграторами систем на основе волоконных лазеров на российском рынке являются ЗАО НИИ ЭСТО, НПЦ «Лазеры и аппаратура ТМ (г. Зеленоград) и ВНИТЭП (г. Дубна МО), использующие в станках также кинематические системы нового поколения на основе прямого электромагнитного привода (линейных синхронных двигателей), обеспечивающих высокие показатели по производительности и точности.
Кроме обозначенных типов, в промышленности также применяются станки и на других типах лазеров – на дисковых лазерах, мощных твердотельных с диодной накачкой, однако они пока не получили широкого применения, в частности из-за своей чрезвычайно высокой стоимости.