Лазерная резка и применяемое оборудование

Лабораторная работа ФАБЛАБ №2

Технологические возможности лазерного разрезания материалов

Лазерная резка и применяемое оборудование

На современном оборудовании лазерная резка позволяет осуществлять раскрой различных материалов, таких как металлы, пластик, дерево и т.д. При этом используются лазеры непрерывного излучения с выходной мощностью до 10000Вт. Существенным ограничением является невозможность раскроя по сложному контуру хрупких материалов, которые при высоком градиенте температур могут разрушаться от термических напряжений.

Световой луч от лазера 1 (рис.2.1) концентрируется оптической системой 2, проходя через сопло 3, и световое пятно малого размера попадает на заготовку 4. Концентрированный световой луч расплавляет и испаряет материал в зоне воздействия, так как плотность мощности технологических лазеров в сфокусированном световом пятне достигает 10⁷Вт/см² . Для того, чтобы образующиеся пары или продукты горения материала не препятствовали проникновению света к ниже лежащим слоям, зона обработки продувается каким либо газом. Это может быть инертный газ, препятствующий окислению обработанной поверхности материала или кислород, который в случае резки стали позволяет значительно повысить производительность, за счет экзотермической реакции горения железа в кислороде.

Рис.2.1 Схема процесса лазерной резки и рабочая зона лазерного вырезного оборудования

Установки для лазерной резки (рис.2.2,2.3) позволяют перемещать листовую заготовку относительно сопла лазерной режущей головки. При этом может совершать движение как сама головка, так и листовая заготовка.

Рис.2.2 Установка для лазерного раскроя рулонного листового металла

Рис.2.3 Рабочая зона установки лазерной резки

Толщина разрезаемого материала зависит от его вида. Если толщина разрезаемых заготовок из некоторых пластиков или дерева может достигать 100мм, то максимальная толщина разрезаемых стальных заготовок при мощности лазера 2,5 кВт достигает 20 мм, заготовок из нержавеющей стали -12 мм, а цветных металлов - 10 мм.

При толщине стального листа 1мм скорость резки доходит до 10м/мин. Естественно, что с увеличением толщины снижается линейная скорость резки (см.табл.1,3).

Достижимые скорости лазерной резки низкоуглеродистой стали, м/мин

Таблица 1.3

	Толщина листа, мм
Мощность лазера, Вт
			1,8	0,8	-	-
		6,5	3,8		1,3

Шероховатость поверхности реза металлических заготовок неравномерна по ширине и колеблется от Rz20 до Rz80 мкм.

При лазерной резке древесины, в том числе ДВП, срез ровный, гладкий, темный, не обугленный, плотный. Изменение цвета обусловлено термической деструкцией волокон древесины на поверхности реза, что даже может иметь декоративное значение.
При лазерной резке кожи срез получается слегка обугленный, темный.

	При резке оргстекла лазерный срез получается гладким, прозрачным, не нуждающимся в последующей полировке (рис.2.4).
Рис.2.4 Поверхность заготовки из полиметилметакрилата (оргстекла) после вырезки на лазерной установке

Лазерная резка может применяться и при раскрое ткани, причем при резке полиамидных, полиэстерных и других синтетических тканей волокна в зоне резки как бы сплавляются, что предотвращает краевое расползание выкроенных заготовок.

Рис.2.5 Стальная решетка полученная лазерной вырезкой из листовой заготовки

Лазерная резка эффективно применяется для изготовления листовых деталей сложного контура и в условиях единичного и мелкосерийного производства экономически более выгодна, чем штамповка вырубка. Управление перемещением лазерного луча относительно заготовки осуществляется по программам, совместимым с рядом программ компьютерного проектирования, что резко снижает время и затраты на подготовку производства.

В декоративных целях лазерную резку применяют для изготовления мозаичных панно, декоративных элементов мебели, металлических декоративных решеток и т.д. (рис.2.5). Причем процесс практически не имеет ограничений по сложности вырезаемого контура.