Лазерная резка 101: принципы и уникальные особенности

Последнее обновление:
24 января, 2024

Оглавление

Принцип лазерной резки

При лазерной резке используется фокусирующая линза для концентрации лазерного луча на поверхности заготовки, что приводит к расплавлению материала. Одновременно сжатый газ, коаксиальный с лазерным лучом, сдувает расплавленный материал. Лазерный луч и заготовка движутся относительно друг друга по определенной траектории, создавая тем самым разрез определенной формы. Принцип лазерной резки показан на рисунке 1.

Рисунок 1: Принцип лазерной резки
Рисунок 1: Принцип лазерной резки

1-лазерный генератор
2-Лазерный луч
3-отражающее зеркало
4-Фокусирующий объектив
5-Ассистирующий газ
6 сопел
7-Заготовка

Классификация лазерной резки

Лазерную резку можно разделить на четыре категории: лазерная резка плавлением, лазерная резка испарением, лазерная резка кислородом и лазерное скрайбирование с контролируемым разрушением.

Лазерная резка

Подобно лазерной сварке глубокого проникновения, лазерная резка плавлением использует лазерный нагрев для расплавления металлического материала. Затем неокисляющий газ (такой как Ar, He, N и т.д.) распыляется через сопло, соосное с лазерным лучом, чтобы сдуть жидкий металл, образуя разрез.

Лазерная резка плавлением в основном используется для резки материалов, которые нелегко окисляются, или активных металлов, таких как нержавеющая сталь, титан и титановые сплавы, алюминий и алюминиевые сплавы.

Лазерная испарительная резка

В этом методе лазерный луч высокой мощности нагревает поверхность заготовки, в результате чего температура быстро поднимается до точки кипения материала за очень короткое время. Материал начинает быстро испаряться, при этом часть его превращается в пар, а остальная часть образует жидкие и твердые частицы, которые вылетают из нижней части разреза, образуя надрез.

Лазерная резка испарением обычно используется для работы с очень тонкими металлическими материалами и неметаллическими материалами, такими как бумага, ткань, дерево, пластик и резина.

Лазерная кислородная резка

Принцип лазерной кислородной резки аналогичен оксиацетиленовой. Лазерный луч служит источником предварительного нагрева, а кислород и другие активные газы используются в качестве режущих газов. Распыленный газ взаимодействует с режущим металлом, что приводит к реакции окисления, в результате которой выделяется большое количество тепла, нагревая следующий слой металла и заставляя его продолжать окисление. Одновременно расплавленные оксиды и расплавленные материалы выдуваются из зоны реакции, образуя разрез.

Лазерная кислородная резка требует лишь половину энергии, чем лазерная термоядерная резка, благодаря значительному количеству тепла, выделяемому в результате реакции окисления в процессе резки. Кроме того, скорость резки намного выше, чем при лазерной резке испарением и лазерной резке плавлением.

Лазерная кислородная резка подходит для материалов, которые могут быть окислены, таких как сплавы на основе железа, титан, алюминий и другие цветные металлы.

Лазерное сканирование с контролируемым разрушением

Лазерное скрайбирование подразумевает сканирование поверхности хрупких материалов лазерным лучом с высокой плотностью энергии для создания небольшой канавки или серии небольших отверстий. При приложении определенного давления хрупкий материал растрескивается вдоль канавки или отверстия. При контролируемом разрушении лазерный луч нагревает канавку, создавая локальное тепловое напряжение в хрупком материале, что приводит к его разрушению вдоль канавки.

Лазерное скрайбирование с контролируемым разрушением подходит для резки хрупких материалов, таких как камень, керамика, стекло и чугун.

Характеристики лазерной резки

Преимущества:

Высококачественная резка

Небольшое пятно лазерного луча и концентрированная энергия сводят к минимуму тепловую деформацию заготовки, что позволяет получить узкие пропилы (обычно шириной 0,10-0,20 мм), гладкие поверхности реза, отсутствие заусенцев и шлака, а также избежать разрушения кромок, обычно наблюдаемого при ножницах, что исключает необходимость вторичной обработки.

Высокая скорость резки и высокая точность

Небольшой размер пятна и концентрированная энергия лазерного луча обеспечивают скорость резки до 10 м/мин, что значительно быстрее, чем при резке проволокой.

Не повреждает заготовку

Лазерная резка - это бесконтактный метод резки, обеспечивающий отсутствие контакта с поверхностью заготовки, минимальный уровень шума и минимальное загрязнение окружающей среды.

Не зависит от твердости и формы материала

Лазерная резка позволяет обрабатывать такие материалы, как нержавеющая сталь, алюминиевые сплавы и твердые сплавы, независимо от их твердости, и позволяет получить любую желаемую форму, включая резку тонких и малотолстых труб и других нестандартных профилей.

Возможность обработки неметаллических материалов

К ним относятся пластик, дерево, ПВХ, кожа, текстиль и органическое стекло.

Экономия материалов и затрат

Раскрой целых листов и индивидуальная резка снижают трудовые и материальные затраты.

Ускоренная разработка новых продуктов

После завершения разработки дизайна изделия лазерная обработка позволяет оперативно изготовить физические изделия.

Недостатки:

(1)Ограниченная мощностью лазера и размером оборудования, лазерная резка подходит только для резки пластин и труб средней и малой толщины, а скорость резки значительно снижается с увеличением толщины.

(2)Высокая стоимость оборудования и значительные первоначальные инвестиции.

Области применения лазерной резки

Лазерная резка находит широкое применение в различных областях. В автомобилестроении станки для трехмерной лазерной резки широко используются при изготовлении прототипов автомобилей и в мелкосерийном производстве. Лазерная резка обычных тонких листов и полос, таких как алюминий и нержавеющая сталь, позволяет достичь скорости резки до 10 м/мин, что значительно сокращает циклы подготовки производства и делает возможным гибкое цеховое производство.

В аэрокосмической промышленности лазерная резка используется в основном для резки специальных аэрокосмических материалов, таких как титановые сплавы, алюминиевые сплавы, никелевые сплавы, хромовые сплавы, оксид бериллия и композитные материалы. К компонентам аэрокосмической техники, обрабатываемым с помощью лазерной резки, относятся жаровые трубы двигателей, тонкостенные корпуса из титановых сплавов, рамы самолетов, титановая кожа, лонжероны крыльев, панели хвостового оперения и лопасти несущего винта вертолетов.

Технология лазерной резки также находит широкое применение в области неметаллических материалов, позволяя резать хрупкие материалы высокой твердости, такие как нитрид кремния, керамика, кварц, а также гибкие материалы, такие как ткани, бумага, пластиковые листы и резина. Например, использование лазеров для раскроя одежды в швейном производстве позволяет сэкономить от 10% до 20% ткани и повысить производительность более чем в три раза.

Запрос БЕСПЛАТНОГО предложения
Контактная форма

Последние сообщения
Будьте в курсе новых и интересных материалов на различные темы, включая полезные советы.

Выбор правильных материалов для проектирования из листового металла

Производство листового металла обычно включает в себя использование методов ручной или штамповочной штамповки для создания пластической деформации в тонких металлических листах, придания формы [...]...
Читать далее
Поговорите с экспертом
Свяжитесь с нами
Наши инженеры по продажам готовы ответить на любые ваши вопросы и предоставить быстрое предложение с учетом ваших потребностей.

Запрос бесплатной цитаты

Контактная форма

Получить бесплатную цитату
Вы получите наш квалифицированный ответ в течение 24 часов.
Контактная форма