Технологические процессы, происходящие при лазерной резке

Первый лазер был создан в США фирмой «Спектра физикс» еще в далеком одна тысяча девятьсот шестидесятом году, через полтора года на рынке уже были представлены первые коммерческие лазеры. Сегодня, спустя уже более пятидесяти лет с момента создания множество конфигураций и модификаций лазеров просто не пересчитаешь. А успехи от их применения и вовсе превзошли все самые смелые ожидания. Кроме разной модификации лазеры обладают еще и разными размерами, самый крупный лазер, вернее гигантская лазерная установка, находится в США в Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора и называется «Нова», эта «Нова» в длину сто тридцать семь метров, а ее суммарная мощность целых одна тысяча четырнадцать Ватт. Создан он для фокусировки излучения из смеси трития и дейтерия при термоядерном синтезе. А самый маленький лазер имеет размеры всего в несколько микрон. В Европе самый мощный лазер находится в институте Макса Планка, называется он «Астерикс», его мощность — одна тысяча двенадцать Ватт, а работает он на атомах йода, которые накачаны светом фотовспышек.

Тепловое действие лазерного излучения при обработке металлов сегодня самая прибыльная и популярная отрасль использования лазеров. Помимо нее насчитывается более двух сотен областей в которых применяются лазеры, ведь этих области еще разнообразней и многочисленней, чем само количество видов лазеров.

С момента создания газовых лазеров непрерывного действия с мощностью свыше одного киловатта (было это в семидесятых годах) увеличило количество областей, в которых лазерный луч применяется для обработки материалов (от приборостроения и микроэлектроники до металлургии, электротехнической промышленности, машиностроения, одним словом до практически всех энерго — материалоемких отраслей). Развитию популярности лазеров помогли его уникальные свойства излучения при обработке материалов. Получать новые свойства из обрабатываемых материалов и увеличивать производительность обработки позволяет высокая плотность мощности лазерного излучения, которые намного сильнее, чем другие источники энергии (максимум 1016-1017 Ватт на один квадратный сантиметр в импульсном режиме и минимум 108-109 Ватт наквадратный сантиметр). У других высококонцентрированных источников много общих параметров с лазерным лучом, когда он выступает в роли источника нагрева при термической обработке материалов. Но у лазерного луча есть куча своих «профессиональных» преимуществ.

Эти преимущества можно разделить на две группы:

К первой относится все то, что позволяет сделать обработку только локального участка продукта и не нагревать весь остальной объем деталей, чтобы их структура не нарушилась. То есть высокая концентрация локальности и проводимой энергии. В результате этого нагрев и охлаждение материала происходит с очень большими скоростями и при очень маленьком отрезке времени. Кроме того, достигаются технологические и экономические преимущества. В результате можно добиться оригинальных свойств и структуры обработанной поверхности.

Ко второй группе относится высокая технологичность лазерного луча, которая подразумевает под собой легкость автоматизации процесса, исключение механического воздействия на обрабатываемый продукт, возможность транспортировки излучения, возможность обработки на воздухе, регулирование параметров обработки в большом количестве интервалов режимов, отсутствие вредных отходов и тому подобное.

В итоге, имеем широкий круг реализованных технологических процессов, и огромное количество методов обработки материалов, таких как наплавка, закалка, резка, маркировка, сварка и так далее. Другим инструментам это недоступно.

На сегодня уже сформированы ведущие научные направления и выполнен огромный объем исследований по применению лазеров в обработке материалов. Ведь благодаря лазерным установкам возникла совершенно новая промышленная технология.

Существуют основные характерные черты, свойственные технологическим процессам лазерной обработки материалов. Рассмотрим некоторые из них.

Резание металлов.

Это один из самых распространённых технологических процессов в промышленности. Особое место здесь занимает лазерная резка стальных листов по сложному контуру с толщиной до 6 мм. Такой тип резки применяется для вырезки дверей, дисковых плит, декоративных решёток, приборных щитков, кронштейнов, панелей и прокладок. Лазерное оборудование имеет высокую гибкость, по этой причине значительно уменьшаются сроки освоения изделий, что играет значительную роль при лазерной резке фигурных изделий. В связи с этим фактом, лазерная резка имеет экономическое преимущество по сравнению с резкой эрозионной проволокой и водяной струёй. Большое развитие в настоящее время получает резка пространственных изделий, в которой могут также использоваться роботы-манипуляторы.

Фигурная резка древесных материалов.

Данный тип резки может использоваться при изготовлении кухонных изделий и мебели, наличников, шкатулок, художественных изделий и сувениров, карнизов, товарных знаков и эмблем из драгоценных пород дерева и кронштейнов. Раскрой таких материалов, как древесно-стружечные плиты, фанера, доска, осуществляется по сложному контуру со скоростью реза до 3м./мин. Особое значение фигурная резка имеет при изготовлении художественного инкрустированного паркета.

Резка труднообрабатываемых материалов и неметаллов.

Лазерное излучение может служить для раскроя неметаллических материалов: кожи, тканей для бронежилета, ситалла, базальтовых тканей, оргстекла с толщиной до 50 мм и фторопласта с толщиной до 30 мм, полиэтилена, керамики, асбоцемента, ковров и текстиля, а также поливинилхлорида до 2 мм. Существуют экономичные методы резки по сложному контуру.

Лазерные технологические процессы имеют большие возможности для решения как мелких, так и крупных производственных задач. Использование лазерной техники позволяет производству выйти на более серьёзный и высокоинтеллектуальный уровень.