Урок 6.2РезатьГлава 6 · Резка и нетрадиционная механическая обработка

Лазерная резка

Сфокусированный свет плавит или испаряет узкий рез

Лазерная резка прочерчивает контур на плоском материале сфокусированным лучом света, который проплавляет узкую линию. Так начинается изготовление многих металлических кронштейнов, панелей корпусов и акриловых вывесок. Оснастка не нужна: станок режет прямо по файлу чертежа, поэтому одну деталь сделать так же легко, как тысячу.

Фото: EGU-Metall, CC BY-SA 3.0, через Wikimedia Commons

Лазерная режущая головка над листом, разрез сбоку вдоль резаНа рисунке — разрез сбоку вдоль реза: головка движется вправо и оставляет за собой рез. Номера в кружках соответствуют шагам ниже.

Как это работает

Получите луч. Лазерный источник превращает электричество в интенсивный невидимый инфракрасный луч. При резке металла преобладают волоконные лазеры (луч генерируется внутри стеклянного волокна); CO2-лазеры (луч возникает в газовой смеси) обычно применяют для дерева и пластиков.
Сфокусируйте его. Волоконный кабель (или зеркала для CO2) подводит луч к режущей головке. Линза собирает его в пятно шириной в долю миллиметра.
Плавление. В этом пятне энергия так сконцентрирована, что материал плавится или частично испаряется на всю толщину.
Выдуйте расплав. Вспомогательный газ течёт через сопло вокруг луча и выдувает расплавленный металл из нижней части реза в виде искр. Кислород ещё и сжигает сталь, добавляя тепло; азот оставляет чистую светлую кромку.
Проведите контур. Система ЧПУ (числовое программное управление) ведёт головку по контуру, оставляя узкий рез (щель, которую оставляет разрез). Датчик удерживает сопло примерно в 1 мм над листом.

Большинство станков режут плоский лист, лежащий на ложе из заострённых опорных пластин. Трубные лазеры вращают трубу под головкой, вырезая отверстия, пазы и скошенные концы.

Ключевые факты

Материалы: Конструкционная и нержавеющая сталь, алюминий, медь и латунь (волоконные лазеры); дерево, акрил, картон, ткань и кожа (CO2-лазеры)
Типичные детали: Кронштейны, панели корпусов, прокладки, вывески и надписи, плоские детали, плотно раскроенные на листе
Размер детали: Плоские листы, обычно до 1,5 × 3 м или 2 × 4 м; сталь толщиной до около 25 мм на распространённых станках
Точность: Часто около ±0,1 мм
Качество поверхности: Гладкая поверхность реза с тонкими вертикальными линиями; тонкая зона термического влияния (полоса, структура которой изменилась от нагрева)
Подходящая партия: От одной детали до больших серий, без оснастки и с автоматической загрузкой листов
Стоимость оснастки и оборудования: Оснастка под конкретную деталь не нужна; любительские CO2-резаки стоят несколько тысяч долларов, промышленные волоконные станки — несколько сотен тысяч
Скорость: Десятки метров в минуту на тонком листе; около 1 м/мин на стали толщиной 20 мм

Сильные стороны и ограничения

Сильные стороны

Без оснастки: любой плоский контур прямо из файла чертежа
Узкий рез и тонкая проработка, часто около ±0,1 мм
Быстро на тонком листе; детали раскраивают (плотно размещают на листе), чтобы экономить материал
Один станок обрабатывает много металлов, а с CO2-источником — дерево и пластики

Ограничения

В основном плоский лист и труба; толстая плита режется медленно
Тепло оставляет тонкую изменённую зону и может коробить тонкие детали
Блестящие медь и латунь требуют волоконных лазеров и аккуратности
Некоторые пластики, например ПВХ, выделяют токсичный газ, и их нельзя резать лазером

Где применяется

Мастерские по обработке листового металлаКронштейны, панели, защитные кожухи станков, единичные детали
АвтомобилестроениеПрототипы кузовных деталей, обрезка формованных деталей 5-осевыми лазерами, детали выхлопной системы
Машиностроение и сельское хозяйствоРамы, фланцы, косынки, монтажные пластины
Архитектура и вывескиДекоративные фасадные экраны, надписи, детали лестниц
ЭлектроникаТрафареты для паяльной пасты из нержавеющей стали, тонкие экранирующие детали
Мейкеры и дизайнАкриловые дисплеи, макеты из фанеры, изделия из кожи

Как узнать процесс

Очень тонкие, правильные вертикальные линии (бороздки) на поверхности реза и чёткая прямоугольная кромка.
Крошечные перемычки или выемки на краю: микроперемычки — небольшие мостики, которые удерживают детали в листе и затем отламываются.
Небольшая точка прокола там, где начинался каждый рез и луч впервые прожёг материал, часто чуть в стороне от окончательного контура.
На дереве — потемневшая, слегка обугленная кромка; на акриле — глянцевая кромка с огневой полировкой.

Сравните с

Плазменная резка6.3дешевле и быстрее на толстой стальной плите, но с более широким резом и более грубой, слегка скошенной кромкой.Гидроабразивная резка6.4вообще без нагрева, режет камень, стекло и очень толстый металл, но медленнее.Штамповка пробивкой6.1быстрее при множестве одинаковых отверстий в тонком листе, но для каждой формы нужен свой инструмент.

Смотрите

Ponoko Laser Cutting · Устройство лазерного станка простыми словами

Small Things · Почему сфокусированный свет может плавить сталь

TRUMPF Inc. · Волоконный лазер режет плиту 25 мм, с искрами и всем остальным

Ray Frith · Будничная резка листа 3 мм в цеху

Смотреть реальные фото

Википедия: Laser cutting — фотографии лазерных режущих головок и вырезанных деталей, с данными процесса
Поиск фотографий в Wikimedia Commons

Запомните

Линза фокусирует луч в крошечное пятно, которое проплавляет линию в материале.
Вспомогательный газ выдувает расплав; кислород добавляет тепло, азот сохраняет кромку чистой.
Без оснастки и около ±0,1 мм: выбор по умолчанию для плоских деталей из тонкого и среднего листа.