24artstroy.ru

Строительный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Станок лазерной резки металла своими руками: процесс изготовления

Станок лазерной резки металла своими руками: процесс изготовления

Многие мастера изготавливают из неиспользуемого оборудования что-то новое, в том числе самодельные лазерные станки для резки металла. Хотя большой мощности достичь невозможно, для бытового использования функционала достаточно. Повысить его позволяется использование некоторых подручных средств.

  1. Как собрать станок для лазерной резки металла самостоятельно
  2. Необходимые материалы
  3. Процесс изготовления
  4. Конечная стоимость
  5. Преимущества и недостатки домашнего метода резки
  6. Техника безопасности

Сущность лазерной резки металла

Лазерная резка металла, как понятно из ее названия, выполняется при помощи луча лазера, получаемого при помощи специальной установки. Свойства такого луча позволяют фокусировать его на поверхности небольшой площади, создавая при этом энергию, характеризующуюся высокой плотностью. Это приводит к тому, что любой материал начинает активно разрушаться (плавиться, сгорать, испаряться и т.д.).

Станок лазерной резки металла, к примеру, позволяет концентрировать на поверхности обрабатываемого изделия энергию, плотность которой составляет 108 Ватт на один квадратный сантиметр. Для того чтобы понять, как удается добиться такого эффекта, необходимо разобраться, какими свойствами обладает лазерный луч:

  • Лазерный луч, в отличие от световых волн, характеризуется постоянством длины и частоты волны (монохроматичность), что и позволяет легко фокусировать его на любой поверхности при помощи обычных оптических линз.
  • Исключительно высокая направленность лазерного луча и небольшой угол его расходимости. Благодаря такому свойству на оборудовании для лазерной резки можно получить луч, отличающийся высокой фокусировкой.
  • Лазерный луч обладает еще одним очень важным свойством – когерентностью. Это значит, что множество волновых процессов, протекающих в таком луче, полностью согласованы и находятся в резонансе друг с другом, что в разы увеличивает суммарную мощность излучения.

Процессы, происходящие при резке металла с использованием лазера, хорошо заметны на приведенных в статье видео. При воздействии луча на поверхность металла происходит быстрое нагревание и последующее расплавление подвергаемой обработке площади.

Быстрому распространению зоны плавления вглубь обрабатываемого изделия способствуют несколько факторов, в том числе и теплопроводность самого материала. Дальнейшее воздействие лазерного луча на поверхность изделия приводит к тому, что температура в зоне контакта доходит до точки кипения и обрабатываемый материал начинает испаряться.

Процесс лазерной резки в схематичной форме

Лазерную резку металла может выполняться двумя способами:

  • плавлением металла;
  • испарением обрабатываемого металла.

Для того чтобы выполнить резку металла методом испарения, требуется большая мощность оборудования и, как следствие, значительные энергозатраты, что не всегда целесообразно с экономической точки зрения. Ограничивают использование такого метода и строгие требования к толщине обрабатываемых изделий. Именно поэтому данный метод используют только для резки тонкостенных деталей.

Значительно большее распространение получила лазерная резка металла методом плавления. В последнее время лазерную резку методом плавления все чаще проводят с использованием газов (кислород, азот, воздух, инертные газы), которые с помощью специальных установок вдувают в зону реза (видео этого процесса можно легко найти в Сети).

Такая технология позволяет снизить энергозатраты, повысить скорость работы, использовать оборудование небольшой мощности для резки металла большой толщины. Конечно, это нельзя считать лазерной резкой в чистом виде, правильнее будет называть его газолазерной технологией.

Лазерная резка стали 10мм

Использование кислорода в качестве вспомогательного газа при выполнении лазерной резки позволяет одновременно решить такие важные задачи, как:

  • активизация процесса окисления металла (это позволяет снизить его отражающую способность);
  • повышение тепловой мощности в зоне реза (поскольку металл в среде кислорода горит более активно);
  • выдувание из зоны реза мелких частиц металла и продуктов сгорания кислородом, подаваемым под определенным давлением (это облегчает приток газа в зону обработки).
Читать еще:  Резка базальтовой ваты

Особенности производственных лазерных резаков

Не каждому по карману цена лазерного резака по металлу производственного типа.

Такое оборудование применяют для обработки и разделки металлических материалов.

Принцип действия лазерного резака строится на выработке инструментом мощного излучения, наделенного свойством испарять или выдувать металлический расплавленный слой.

Такая производственная технология при работе с разными типами металла способна обеспечить высокое качество среза.

Глубина обработки материалов зависит от вида лазерной установки и характеристик обрабатываемых материалов.

На сегодняшний день используется три вида лазеров: твердотельные, волоконные и газовые.

Устройство твердотельных излучателей основывается на использовании в качестве рабочей среды конкретных сортов стекла или кристаллов.

Здесь в пример можно привести недорогие установки, эксплуатируемые на полупроводниковых лазерах.

Волоконные – их активная среда функционирует за счет применения оптических волокон.

Данный тип устройства является модификацией твердотельных излучателей, но как утверждают специалисты, волоконный лазер успешно вытесняет свои аналоги с области металлообработки.

При этом оптические волокна являются основой не только резака, но и гравировального станка.

Газовые – рабочая среда лазерного устройства сочетает углекислый, азотный и гелиевый газы.

Так как КПД рассматриваемых излучателей не выше 20%, их используют для резки и сварки полимерных, резиновых и стеклянных материалов, а также металла с высокой степенью теплопроводности.

Здесь в пример можно взять резак по металлу выпускаемый компанией Ханса, применение лазерного устройства позволяет резать медь, латунь и алюминий, в данном случае минимальная мощность станков только выигрывает у своих аналогов.

Положительные моменты применения технологии лазерной резки металла.

Преимуществами нарезки изделий при помощи точно направленного лазера на специальном станке являются:

  • Точно направленный луч разделяет лист на части без механического воздействия на его поверхность – отсутствие какой-либо силы и нажима на металл мягких сплавов полностью исключает возможность его деформации, загибов или возникновения других дефектов по такой причине.
  • Универсальность применения – обрабатывать таким способом можно практически все виды сплавов на станках разных типов и мощности лазера.
  • Элементы, которые обрабатываются таким методом, не нагреваются, и их можно сразу отправлять на следующие этапы производства.
  • Автоматизация процессов работы станка и раскрой листа с использованием специального программного обеспечения позволяет экономить ресурс предприятия на оплату труда сотрудников и обеспечивает снижение объемов обрезков. Такой подход позволяет снизить стоимость готовых элементов благодаря оптимальным затратам на их изготовление.
  • Лазер точно по запрограммированному трафарету, быстро, без лишних манипуляций создает разрезы установленных параметров толщины, глубины, что позволяет выпускать серийную продукцию в оптимально короткие сроки.
  • Функциональность станков для лазерной резки позволяет наладить проведение большого количества работ – высверливание отверстий разного диаметра, глубины и сложности, гравировка поверхности разных товаров для надежного нанесения необходимых данных, фрезеровка и другие.
  • Во время обработки исключен риск облома, царапин или порчи заготовки благодаря минимальному контакту оператора установки с ней и отсутствию применения силы.
  • Простота использования станков – наличие программного обеспечения устройства позволяет автоматизировать процесс и наладить работу под контролем электронной системы, которая не допускает ошибок или неточностей в своей работе в отличие от работы человека.
  • Для производства серийных деталей можно загрузить готовый трафарет, по которому будут вырезаться элементы для гарантии точного соблюдения размеров и параметров продукции.
  • Разнообразие станков по мощности и габаритам позволяет устанавливать их в мастерских и цехах для достижения конкретных целей и создания необходимых деталей.
Читать еще:  Как выбрать лазерный станок для резки фанеры?

Преимущества и недостатки лазерной резки

Лазерная резка имеет ряд положительных качеств. Например:

  • При ее проведении отсутствует механическое воздействие на обрабатываемую поверхность. Благодаря этому можно нарезать материалы, которые при обычной резке получили бы повреждения или деформировались.
  • Обработке подлежат многие виды металлов, в том числе сплавы алюминия и различные типы стали.
  • Чаще всего лазерная резка листового металла не сопровождается возникновением облоя. В противном случае он легко удаляется с поверхности, не оставляя царапин.
  • Детали при нарезании не нагреваются. Можно применять лазерную резку листа даже для тех металлов, которые имеют высокую теплопроводность.
  • Раскрой материала полностью автоматизирован. Погрешность при нарезке составляет не более 0,1 мм, процент отходов минимален. Это позволяет снизить себестоимость производства.
  • Высокая производительность лазерного оборудования, в итоге – значительно экономится время резки.
  • Нет необходимости приобретения дорогостоящих молдов или пресс-форм.
  • Универсальность оборудования. С помощью приспособления для лазерной резки металла можно изготавливать самые различные типы деталей.
  • В случае необходимости, оборудованием для резки листовых металлов можно осуществлять фрезеровку и высверливание отверстий нужного диаметра и глубины.
  • Есть возможность гравировки поверхностей.

резка металла лазером

Преимущества лазерной резки сопровождаются некоторыми недостатками:

  • Листовой металл, подлежащий резке лазером, не может быть толще 40 мм, а его площадь – больше 1500 на 3000 мм.
  • Этот способ резки относительно дорог.
  • Невозможно производить внутреннюю резьбу.
  • Необходима настройка оборудования перед каждым использованием.

Принцип работы лазерной установки

Существуют твердотельные и газовые лазерные станки. Твердотельные имеют более простую конструкцию, но они достигают небольшой мощности – до 6 кВт. Активным элементом такого лазера является стержень, который выполнен из рубина, неодимового стекла или алюмоиттриевого граната. На этот стержень постоянно проецируется световой поток, благодаря которому он накачивается или возбуждается. Свет производят мощные лампы.

Схема работы воздушно-плазменного резака

Созданные в результате проецирования лазерные лучи фокусируются системой отражателя и усиливаются резонатором. Через призму пучок лучей передается к головке, которая направляет его на обрабатываемый лист металла.

В конструкциях обоих типов используется обдув металла азотом. Это делается с целью охлаждения поверхности, а также для удаления металлической пыли, образуемой в результате резки. Также обдув азотом применяется для предотвращения окисления поверхности металла в результате нагрева.

Волоконный лазер станок для резки металла

Кислород для обдува использовать не рекомендуется, поскольку многие металлы, например, нержавеющая сталь, могут потерять способность к сопротивлению коррозии.

Края алюминиевых заготовок при обдуве кислородом становятся неровными, с заусеницами. Но работа с кислородом позволяет достичь более высоких температур, чем с другими газами, в результате увеличится скорость резки.

Есть еще одна лазерная система – волоконная. Излучение осуществляется по мере прохождения луча по оптоволокну. Это уникальный материал, который не подвержен износу, его не нужно заменять, срок его службы определяется термином эксплуатации самого лазера. Характеристики установки:

Прецизионная лазерная резка металлов позволяет получать подобные изделия

  • имеет сложную конструкцию;
  • управляется только компьютерной программой;
  • показывает наилучшие результаты по точности и скорости;
  • имеет самые компактные размеры;
  • исключены погрешности в работе;
  • нет расходных материалов;
  • высокая мощность;
  • низкое потребление электроэнергии;
  • имеет более высокую стоимость по сравнению с азотными и кислородными лазерами.

Преимущества и недостатки резки металла лазером

Главной проблемой использования лазерных станков по резке металла в бытовых условиях является их высокая стоимость. Для обеспечения работы они комплектуются устройствами высокой мощности (СО2), обязательно наличие системы удаления паров металла и водяного охлаждения рабочего тела лазера.

Преимущества лазерной обработки металлов:

    высокая точность реза и его минимальная ширина; оперативность раскроя листового материала; нет эффекта деформации краев, свойственных для механической обработки; возможность создавать различные формы; работа в автоматическом или полуавтоматическом режиме.

Определяющим критерием выбора оборудования считается его стоимость и функциональность. Лазерные станки трудоемки в обслуживании, характеризуются высокой стоимостью. Цена модели со средними показателями производительности составляет около 200 тыс. рублей.

Зачем газ в лазерном станке?

Применение газа в таком инструменте обусловлено ускорением самого процесса в несколько раз. Если газ не использовать, то энергия лазера будет сведена к минимуму.

В итоге станок получается еще более универсальным.

При этом кислород, который чаще всего используется в лазерном станке, окисляет металл и снижает его свойства отражения. Также кислород убирает из места разреза все остатки металла, а также побочные продукты горения. Благодаря этому расширяется область доступа лазерного луча к месту разреза.

Ручной лазер для резки металла

Вне зависимости от фирмы производителя ручные лазеры для разрезания металлом имеют несколько рабочих узлов, каждый из которых имеет свои особенности и свои функции:

  1. Собственно источник энергии.
  2. Рабочий узел, который излучает энергию.
  3. Узлы, которые повышают силу излучения от рабочего узла. Это чаще всего оптоусилители, зеркала, а также оптоволоконный лазер.

Важно. Собственно лазерные головки бывают двух разновидностей: твердые, а также газовая.

Размещение энергоосветительных камер, включает в себя рабочий, функционирующий орган, который излучает необходимое количество энергии. Активное тело может представлять собой:

  1. Рубиновый узел в виде прута.
  2. Неодимовые пластины.
  3. Аллюмоиттриевые гранаты.

Луч в итоге имеет большое количество отражений, а это приводит к накачке лазера энергией. Затем луч прорывается через стекло.

Мощность стандартного лазера, который чаще всего используется на средних и мелких предприятиях, составляет 5 кВт.

Разновидность системы, которая применяется в большинстве таких типов лазерного станка — продольная система закачки газа. В таком типаже происходит пропускание основного аза или его смеси через специальную, электрогазоразрядную головку. В этот де узел подается и электричество для возбуждения газа.

Назначение и критерии выбора лазерной резки

Лазерную резку используют для обработки не только металлов, но и резины, линолеума, фанеры, полипропилена, искусственного камня и даже стекла. Она востребована при изготовлении деталей для различных приборов, электротехнических устройств, сельскохозяйственных машин, судов и автомобилей. Такой способ раскроя материала используют для получения жетонов, трафаретов, указателей, табличек, декоративных элементов интерьера и многого другого.

Основной критерий выбора вида лазерной резки – тип обрабатываемого материала. Так, углекислотные лазеры подходят для резки, гравировки, сварки разных материалов – металла, резины, пластика, стекла.

Твердотельные волоконные установки оптимальны при раскрое латунных, медных, серебряных или алюминиевых листов, но не подходят для неметаллов.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector