Необходимостта от машина, която да може да извършва прецизно, точно и безконтактно рязане стои в основата на създаването и бързата популяризация на машините за лазерно рязане.
Какво представлява процесът „лазерно рязане”?
Всеизвестен факт е, че думата „лазер” е абревиатура на „усилване на светлината чрез стимулирано излъчване на радиация”.
Или казано по-просто: Това са светлинни частици (фотони) възбудени с ток, които излъчват енергия под формата на светлина. Тази светлина се обединява в лъч и така се формира лазерният лъч.
Процесът „лазерно рязане” работи чрез фокусиран и прецизно насочен лазерен лъч, който преминава през материала, който трябва да бъде обработен. Лъчът на практика не реже, а разтопява материала, което означава, че машината за лазерно рязане може да бъде използвана не само за рязане на метал, но и за обработка на материали като плат, кожа, скъпоценни камъни и други.
Как работи машината за лазерно рязане?
За да разберем как точно работи една машина за лазерно рязане, то първо трябва да се запознаем с нейното устройство.
Основните елементи, от които се състои тази машина са:
· газоснабдителна система - тази система се използва за почистване на работната зона от частиците, които отпадат по време на обработката на детайлите.
· източник на радиация - ако се използва влакнест лазер, в резонатора се формира лъч от високоенергийна светлина и по пътека, направена от същия материал отива към режещата глава. При използване на енергийни тръби от СО2, снопът, формиран от резонатора се предава на работния елемент с помощта на специални огледала.
· охладителна система за нормална работа на енергийния източник;
· легло - стабилна, надеждна и здрава конструкция, върху която се поставя материала за обработка.
· система за управление - системата за управление контролира процесите на лазерното рязане. Тази система се състои от процесор, монитор и сензори.
Принцип на работа
Когато обработвания материал се постави на „леглото”, режещата глава с лазерния нож започва да се движи над него по оси X, Y иZ. Тъй като движението по осите се управлява от серводвигатели, лазерният нож се движи и обработва материала с много голяма точност и с толкова бързи движения, че отстрани изглежда, че „прелита” над обработвания обект. Този принцип на работа се нарича още Flying OpticsLaser (летяща оптика).
В процеса на работа може да бъде използван импулсен или непрекъснат вълнов лъч, като при първия лазерът работи на кратки „залпове”, а непрекъснатият работи постоянно (както е видно и от името му). Интензивността, дължината и топлинната мощност на лъча също може да бъде контролирана в зависимост от обработвания материал и може да бъде използвано или огледало или специален обектив, за да се фокусира лазерния лъч.
Основни видове лазери
Лазерните системи, които се предлагат на пазара се различават основно по интегрираните лазерни излъчватели, с които работят. За това как работи машината за лазерно рязане от голямо значение е видът лазер, с който работи.
А те, видовете лазери са основно три:газови СО2 лазери, оптични и Nd: YAG, Nd: YVO (кристали).
Газови лазери (СО2 лазери)
При газовото рязане, по-известно като СО2 лазерно рязане се използва въглероден диоксид, който се възбужда с електричество. Този вид лазери обикновено са с дължина на вълната10,6 μm и са подходящи за обработка на неметали. СО2 лазерите имат високо ниво на мощност и много добро качество на лъча, което ги прави един от най-използваните видове лазери в медицината и промишлеността.
Освен със СО2, този вид лазерно рязане може да се извършва и с различни други видове газове. В зависимост от работното вещество се различават два основни вида газови лазери - с активна среда от неутрални атоми и с активна среда от свободни молекули. От този вид лазерни машини най-популярни са газовите лазери с активно работно вещество азот.
Оптични лазери
Оптичните лазери принадлежат към групата на твърдотелните лазери. Този вид лазери произвеждат лазерен лъч с помощта на т. нар. семенни лазери и го усилват в специално вградено стъклено влакно, което получава енергия от помпен диод.
Фиброоптичнителазери имат дължина на вълната1.064 μm. и имат много малък диаметър на фокуса, в резултат на което интензитетът на лъча е 100 пъти по-голям от газовия СО2 лазер със същата излъчена мощност. Едни от най-големите предимства на оптичните лазери пред останалите видове лъчи е, че не се нуждаят от поддръжка и експлоатационният им живот е повече от 25000 часа.
Nd: YAG, Nd: YVO (кристали)
Подобно на оптичните лазери и кристалните се числят към групата на твърдотелните лазери. Най-често срещаните типове лазери в тази категория са Nd: YAG (неодим, легиранитриев алуминиев гранат) и Nd: YVO (неодим, легиранитриеворто-ванадат). Кристалните лазери имат също като оптичните лазери дължина на вълната 1.064 μm. и са подходящи за обработка на метали и пластмаси.
Най-големият недостатък на този тип лазери, че помпените им диоди са доста скъпи, а трябва да се сменят на всеки 8000 до 1500 часа работа на лазера. Освен това самият кристал има по-малък експлоатационен живот в сравнение с оптичните лазери.
Направихме бърз преглед на видовете лазери и разбрахме как работи машината за лазерно рязане, но какви са предимствата на тази машина пред останалото машинно оборудване, което се използва за рязане на материали?
Лазерно режещите машини всъщност има някой доста големи предимства пред останалите видове традиционни машини като:
· лазерното рязане е безконтактен процес, при който износването на оборудването и замърсяванията по обработвания материал са сведени до минимум;
· има ниски разходи за поддръжка;
· процесът помага драстично да се намали загубата на материал;
· за разлика от механичното рязане, при което обикновено има широка зона на топлинно въздействие, което може да причини изкривяване на материала, при рязане с машини за лазерно рязане топлинната зона е изключително малка;
· този вид рязане е изключително тих процес;
· една лазерна машина е в състояние да работи с множество материали и поради това има много приложения;
· лазерното рязане е много по-безопасно в сравнение с конвенционалното, тъй като лъчът е затворен;
· процесът на рязане е и много по-надежден, тъй като машината е напълно автоматизирана и това предоставя пълен контрол върху интензивността на лъча, топлинната мощност и продължителността на рязане.
Като недостатък на машините за лазерно рязане можем да посочим единствено, че не са подходящи за рязане на материали, които отразяват светлината като мед, алуминий и други.
Основни техники, които могат да бъдат извършвани с машини за лазерно рязане
Лазерно рязане
Както стана ясно от казаното до тук, лазерното рязане е основното предназначение на този вид машини. При него се създават елементи/детайли с различни форми и размери.
Лазерно гравиране
Гравирането е процес, при който се премахва слой от материала. Обикновено този процес се използва за гравиране на различни продукти, за поставяне на баркодове, за персонализиране на табелки, бижута, ключодържатели и т. н, и т. н.
Лазерно маркиране
Маркирането е подобен на гравирането процес с тази разлика, че докато при гравирането дълбочината на премахването на слоя е по-голяма, то при маркирането премахването е само повърхностно.
Лазерно пробиване
Пробиването е процес, при който повърхността на материала се пробива изцяло.
Знаете ли, че…
Въпреки, че лазерното рязане е сравнително нова технология, концепцията за използване на лазер съвсем не е нова. Всъщност, идеята възниква още през 1900 г., когато Макс Планк публикува заключенията си относно връзката между честотата на излъчване и енергията.
Тези заключения вдъхновяват Алберт Айнщайн, който през 1917 г. разработва концепцията за стимулирано излъчване и принципа за овладяване на енергията, произведена от светлина.
През 1940 г. група инженери усилено работят по идеята на Айнщайн и търсят начини да използват фотоелектричния ефект на светлината, а през 1960 г. Теодор Х Майман създал първата в света работеща машина за лазерно рязане.
Първият лазер, проектиран за целите на производството е въведен от Western Electric през 1965 г. Компанията използвала лазерната машина, за да пробива отвори за целите на производството си.
Само две години по-късно, през 1967 г. немският учен Питър Хълдкрофт разработил своя собствена лазерна машина, която използвала СО2 лазерен лъч и кислороден помощен газ. Хълдкрофт използвал машината, за да експериментира в областта на промишленото рязане и тъкмо тези негови експерименти го превръщат в първия човек, който използва машина за лазерно рязане, за да разреже стоманен лист с дебелина от 1 мм.
Скоро след успеха на Хълдкрофт от Western Electric проявяват интерес към разработката му и започват работа по нея. Така подобряват технологията на германеца и започват да произвеждат и предлагат машини за лазерно рязане с промишлено приложение.
През 1969 г. от компанията Boeing публикуват специализиран доклад, в който обсъждат възможностите за използване на лазерното рязане на по-твърди материали като керамика и титан. Докладът изказва увереност, че лазерното рязане може има много голям потенциал да се превърне в основен инструмент за нуждите на промишлеността.
С този доклад се поставя началото не само на широкото навлизане на машините за лазерно рязане в промишлеността, но и на разработките и усъвършенстването на лазерната технология.
С напредването на технологиите през 90 - те години лазерните машини се усъвършенстват непрестанно.
Днес технологиите за лазерно рязане са интегрирани с компютърно - базирани системи за програмиране, което позволява пълен контрол при рязането на материали. Благодарение на всички нови разработки и модерни приложения, лазерните машини могат да създават различни форми и компоненти без изкривяване, което ги прави идеални за приложение в редица индустрии като производството на автомобила, в електрониката и медицината, в астронавтиката и самолетостроенето, в изкуството и други.
