09.12.2008
Лазерное оборудование для обработки материалов: компоненты, технологии, системы, ч. 1
Лазерное оборудование для обработки материалов:
компоненты, технологии, системы
Опубликовано в журнале "Металообработка и станкостроение", октябрь 2008, http://www.metstank.ru/
В настоящее время ни одно из стратегически важных технологических направлений в мире не обходится без использования лазерных технологий. Эти технологии активно применяются в электронном машиностроении, автомобилестроении, атомной, космической, авиационной и судостроительной промышленности, медицине и практически во всех направлениях оборонного производства.
Лазерные технологии обработки материалов в современном производстве закономерно пользуется большим спросом. И в крупном, и в малом производстве они обеспечивают целый ряд преимуществ, позволяющих повысить качество, производительность, снизить себестоимость, обеспечить экологическую чистоту производства, а по целому ряду направлений достигнуть технических и экономических результатов, которые нельзя реализовать другими методами.
Преимущества лазерной обработки:
- Чрезвычайная гибкость метода: данная технология одинаково легко оптимизируется как для мелкосерийного производства с большой номенклатурой деталей различных форм так и для крупносерийного. ЛТК работают в составе автоматизированных линий или как отдельный комплекс.
- Надежность и стабильность - входящие в состав компоненты обладают огромным ресурсом. Риск выхода компонентов из строя минимален: контроль качества, например, при производстве волоконных лазеров осущевтляется у 100% элементов – на самых ранних стадиях производства каждый лазер проходит жесткие испытания.
- Высокие показатели по энергосберегаемости. В основном диапазоне применений ЛТК по сравнению с другими методами, при одинаковой производительности существенно более экономичны.
- Многофункциональность – лазерное оборудование позволяет сочетать в одном процессе недостижимые для других технологий сочетания скорости, уникальной точности, формы обрабатываемых деталей, перенастраиваемости и т.д.
- Повышение качества продукции и снижение объема брака; увеличение производительности за счет воздействия только на участок ограниченный размерами лазерного пятна без нагрева остального объема и нарушения его структуры и свойств. Высокая концентрация подводимой энергии позволяет провести нагрев и охлаждение обрабатываемого объема материала с большими скоростями при очень малом времени воздействия.
По своим возможностям и областям применения лазерные технологические системы (ЛТК) можно разбить на два больших класса.
В первом в основном используется энергетические возможности высокомощных лазеров. Средняя мощность лазеров здесь составляет единицы киловат. Основная область применения – машиностроение, раскрой металла, сварка, наплавка и т.п. Системы с такими лазерами используются для резки и сварки деталей кузова в автомобилестроении (например для сварки алюминиевых панелей кузова (Audi A2, A3)), раскроя листового металла в судостроении и вагоностроении; также мощные лазеры используюся в самолетостроении при изготовлении каркасных силовых конструкций и панелей обшивки из алюминиевых сплавов и др.
Второй - это комлексы с менее мощными лазерами. В этом классе кроме энергетических вазможностей лазерного пучка, используются и другие свойства лазерного излучения и обрабатываемых материалов. Область применения ЛТК этого класса наиболее разнообразна: микрообработка, прецизионная резка и сварка различных материалов, сверление отверстий, маркировка, скрайбирование и множество других.
Примерное распределение по технологическим операциям и областям применения лазерных технологий в России и в мире показано на диаграмме. При этом, соотношение между сегментами и темпы их роста быстро меняются. Это связано с темпами роста различных отраслей, и с прогрессом в создании самих ЛТК. Так с появлением мощных волоконных лазеров появились новые возможности использования ЛТК в машиностроении и соответственно расширился сам сегмент отрасли, а расширение разработок новых источников энергии, систем управления и т.д. стимулирует быстрое развитие направления связанного с лазерной микрообработкой.
СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ ЛАЗЕРНЫХ СИСТЕМ.
Современный лазерный технологический комплекс (ЛТК) представляет собой сложную автоматизированную систему.
ЛТК включает в себя:
- устройства внешней оптики – обеспечивают формирование пятна лазерного излучения, визуальный и параметрический контроль процесса
-системы технологической привязки процесса и соединения ЛТК с прочим оборудованием в единую технологическую линейку;
-блоки питания, системы управления и контроля, охлаждения, пневматические блоки.
Основными же частями являются лазер и кинематические блоки (координатные столы и приводы, сканирующие системы, системы слежения за профилем детали и др.), необходимые для организации перемещений детали и пятна и обработки по заданному контуру (чертежу).
Кроме того современный ЛТК немыслим без средств цифровой обработки информации и специального ПО, позволяющего автоматически управлять технологическим процессом, осуществлять контроль и диагностику составных частей и системы в целом.
В ряде применений ЛТК должен не только обеспечивать автоматическую обработку, управление и контроль за качеством процесса и изделия, но и уметь самостоятельно принимать решения и осуществлять меры по удержанию необходимого качества в случае отклонения технологических параметров.
Таким образом, в современных ЛТК используются достижения многих направлений высокотехнологичного производства и в то же время развитие лазерных технологий во многом определяет развитие практически всех отраслей современной промышленности. Поэтому степень развития и темпы роста лазерных технологий в любой стране однозначно отражают мощь, статус и технологическое положение страны на мировом рынке и являются одним из ключевых показателей состояния экономики и возможностей.
В настоящее время потенциалом позволяющим разрабатывать и производить всю гамму современных технологических систем обладает не более десятка стран, в том числе Россия.
В следующем номере журнала «Металообработка» будет дан краткий обзор ЛТК и технологий, которые предлагают Российские производители. В обзор будет включена информация по компонентам и системам, разработанным и освоенным в серийном или производстве за последние 5-8 летза исключением систем и технологий находящихся в настоящее время на стадии разработки или изготовленные в виде единичных образцов.