Как работают станки для лазерной резки

Лазерная резка металла является одной из востребованных услуг обработки металлических листов. Главнейшим преимуществом перед другими видами выступает возможность изготовления деталей самых разнообразных форм, которые только можно себе представить. Причем изделия получаются высокоточными, по заданным характеристикам. Погрешность остается в пределах 0,1 мм. Единственно, для лазерной резки не рекомендуется использовать толстые листы металла, так как сама процедура значительно энергозатратна. А, как известно, высокие затраты энергии не равно экономической целесообразности. Кроме того, лазерные станки сами по себе заставляют раскошелиться. Разберемся, как работают эти высокоточные лазерные агрегаты.

Лазер как основополагающий элемент

Главной составляющей любого металлообрабатывающего станка являются его режущие инструменты. Они могут быть разных типов. У токарных станков это сверла, у фрезерных – фрезы, у лазерных – соответственно, лазер. При этом сверла и фрезы представляют собой обычную сталь, заточенную особым образом.

Лазер же является сложным оптическим прибором, состоящим из большого количества элементов. Но их можно разделить всего на две группы – элементы, направленные на продуцирование энергии, то есть источники энергии, и элементы, служащие для усиления этой энергии. По сути свой это усиленный многократно источник света. На выходе мы наблюдаем тонкий луч, способный резать металл. Для усиления используются системы зеркал. Красный цвет лазеру придает рубиновый стержень.

Лазер – сложное оптическое устройство, по сути своей усиленный сфокусированный свет.

Лазер от английского LASER и расшифровывается как Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, что значит усиление света, вызванное излучением. Как это работает? Атом поглощает энергию, его электроны при этом приходят в возбужденное состояние. С наступлением состояния покоя испускаются фотоны света, которые затем фокусируются выходной линзой. До 20-го века считалось, что свет может излучаться только спонтанно. Возможность вынужденного излучения света описал в 1917-м году А. Эйнштейн.

Типы лазерного оборудования

Любой лазерный станок можно поделить на две составляющие: собственно лазер и узлы, агрегаты, служащие для стабилизации и обеспечивающие его работу. Станки могут отличаются по комплектующим в зависимости от типа и мощности лазера. Самыми мощными считаются газодинамические лазеры – до 100 кВт. Но вместе с тем существуют также газовые и твердотельные лазеры, которые наиболее распространены в производственной практике.

Основные части лазерного станка:

• координатный стол, обеспечивающий точное положение оборудования;
• оптика – установленные зеркала;
• лазерная трубка;
• контролер – управляющая система, обеспечивающее точную работу.

Схема координатного стола лазерного станка.

В большинстве своем ниодимовые лазеры подходят для высокоточной огранки материала, так как имеют значительно меньшую ширину реза и погрешность. При этом они не особо пригодны при резке стекла и органики. Это связано с малой мощностью, за счет чего излучение не будет резать поверхность, а будет проходить сквозь нее. Увеличение мощности может привести к испарению материала. Газовые лазеры считаются универсальными и подходят для резки изделий любого типа материала. При этом режущий газ подбирается индивидуально под каждый тип. Чаще всего это инертные газы.

Наиболее интересным и наиболее мощным является лазерное оборудование с газодинамической составляющей. Применяется оно значительно реже, так как такая технология значительно дороже. Используется, если необходимы изделия особой структуры и крайне точных размеров. Принцип действия таков. Газ греется до высокой температуры – свыше 2000°С – затем с высокой скоростью пропускается через сопло и быстро охлаждается. То есть действие завязано на различии температур. Тепловая энергия, которую выделяют молекулы газа преобразуется в световую.

Принцип работы

Несмотря на принципы действия лазерного оборудования все станки с ЧПУ призваны выполнять два вида работ – резка и гравировка. В отличие от механической резки при достаточной мощности лазера он способен продавливать материал насквозь, а не снимать с него слой за слоем. Работа основана на значительном нагревании до испарения. Таким образом получается сквозное отверстие. Резка лазером подходит для тонких листов металла. Для поверхностной обработки используются значительно более толстые листы и лазер меньшей мощности, например, твердотельный.