Как работает технология лазерной очистки?
В этой статье рассматривается процесс технологии лазерной очистки в контексте очистки металлических поверхностей, а также описывается принцип её работы и…
Лазерная резка — это повседневный метод производства металлических и неметаллических деталей. Эта отрасль, оцениваемая в 4 миллиарда долларов, ответственна за производство автомобилей, кораблей, машин, мебели и многого другого.
Постоянное развитие привело к появлению широкого спектра лазерных станков, подходящих для различных материалов. Сегодня можно выбирать между CO2- и волоконными лазерами, однако истоки этой технологии уходят в начало прошлого века.
Лазер — это аббревиатура от Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (усиление света посредством вынужденного излучения). Сокращённая форма стала необходимостью из-за широкого распространения технологии. Резка металлов — одно из направлений, которое получило широкое развитие. Хотя многие считают её новой технологией, история лазерной резки насчитывает уже сотню лет.
Разумеется, за идеей, ускорившей производство, стоит гениальный Альберт Эйнштейн. В 1917 году он заложил теоретические основы для появления лазера в своей работе «Квантовая теория излучения».
Другие учёные продолжили развитие идей Эйнштейна. Различные достижения первой половины века сделали возможным появление современных технологий. К середине века развитие ускорилось.
Первый прототип импульсного лазера появился в 1960 году. Вскоре был создан первый газовый лазер, способный работать в непрерывном режиме. В 60-х лазерная резка рассматривалась как возможное решение, но задача, которую она могла бы решить, ещё не была определена. Однако вскоре стало очевидно, насколько широк спектр её применения в различных отраслях.
Это привело к созданию первых производственных лазерных станков для резки в 1965 году. Компания Western Electric, ответственный за их производство, использовала их для прорезания отверстий в алмазных фильерах.
Через 50 лет после работы Эйнштейна, в 1967 году, газоструйные лазерные станки использовались для резки металлических листов толщиной 1 мм. Демонстрированные возможности привлекли внимание многих специалистов. Лазерная резка стала технологией с наименьшим размером реза.
Особенно заинтересовалась аэрокосмическая отрасль. В 70-х годах они начали использовать промышленные лазеры для резки таких материалов, как титан и керамика. Это стало важным шагом к современному применению, ведь до этого лазеры в основном использовались для резки неметаллов.
Преимущества лазерной резки сделали её доминирующей технологией в обработке металлов. Среди ключевых факторов успеха — скорость, эффективность, точность и широкий спектр применения: резка, сварка, гравировка, маркировка и многое другое.
Существует два основных типа лазерных станков — углекислотные (CO2) и волоконные. Их принципы работы различаются, что приводит к заметным отличиям. Например, CO2-лазеры дешевле, но волоконные превосходят их по эффективности, являясь более новой разработкой.
Выбор, однако, зависит от обрабатываемых материалов.
В начале процесса лазерной резки устройство генерирует световой луч и направляет его к выходу с помощью зеркал. Зеркала формируют резонатор, который увеличивает энергию света в луче.
Далее луч проходит через фокусирующую линзу, которая концентрирует его. В режущей головке находится сопло, которое направляет сфокусированный луч на рабочую деталь. Лазер плавит металл.
Во время резки выделяется газ. При резке низкоуглеродистой стали подаётся чистый кислород, чтобы инициировать процесс горения. При обработке нержавеющей стали или алюминия лазерный луч только плавит металл. В этом случае используется азот, чтобы выдувать расплавленный металл и поддерживать чистоту реза.
Для работы лазера материал должен поглощать выделяемое тепло. В случае металлов большая часть света отражается обратно. Поэтому необходим мощный лазер, чтобы обеспечить достаточное количество тепла для резки несмотря на отражение.
Отражённый свет может повредить оборудование. Некоторые виды металлов, например медные сплавы и определённые марки алюминия, слишком отражающи для CO2-лазеров. Это ограничение сдерживает их применение в ряде случаев.
Первые волоконные лазеры были представлены в 2008 году на выставке EuroBlech. Новые методы передачи лазерного луча позволили резать высокоотражающие металлы. Теперь для лазерной резки доступны такие материалы, как алюминий, латунь, медь и оцинкованная сталь.
Волоконные лазеры проще по конструкции и долговечнее. Сначала свет создаётся диодными банками. Затем он направляется по оптоволоконным кабелям, где усиливается.
Кабели легированы редкоземельными элементами, такими как эрбий, туллий и др. Эти элементы используются для усиления света. В завершение линза фокусирует свет, формируя луч, готовый к резке. Новая система не требует газов, юстировки зеркал или прогрева.
Крупным преимуществом волоконных лазеров является высокий коэффициент преобразования энергии: около 75% поступающей мощности превращается в лазерный луч. КПД CO2-лазеров составляет примерно 20%.
Значительная разница объясняется низкими потерями при генерации тепла. Благодаря этому 2-киловаттные волоконные лазеры сопоставимы с более мощными CO2-аналогами.
Значительные улучшения побуждают инженеров к дальнейшему развитию этой революционной технологии. Это явный признак будущего.
Несмотря на то, что большая часть рынка всё ещё принадлежит CO2-лазерам, волоконные лазеры стремительно догоняют их. Всё больший процент новых продаж приходится именно на них.
Низкие эксплуатационные расходы волоконных лазеров — важный аргумент в их пользу. В них меньше движущихся частей и требуется меньше регулировок. Это снижает время простоя из-за обслуживания.
Сегодня волоконный лазер значительно быстрее при резке тонких металлов. CO2-лазеры всё ещё обеспечивают более высокое качество кромки при резке толстых материалов (10 мм и более).
В целом, будущее волоконных лазеров выглядит многообещающе. Производство — традиционная отрасль, в которой перемены происходят медленно. Однако волоконные технологии уверенно движутся к тому, чтобы потеснить CO2-лазеры как лидеров сектора. То же самое касается оборудования для «традиционной» резки, а также лазерной резки труб.
Информация о парке оборудования недостаточна для принятия решения о выборе поставщика. Наличие мощности говорит о потенциальных возможностях, но не гарантирует качество.
Хотя сам процесс резки автоматизирован, его настройка требует участия человека. Операторы станков играют ключевую роль в обеспечении финального качества ваших изделий. Их опыт и знания позволяют подобрать оптимальные параметры для каждой производственной задачи.
