Лазерная резка

Лазерная резка (ЛР)

Главные преимущества технологии ЛР перед традиционными технологиями разделения материалов (механическая, электродуговая, плазменная, кислородно-ацетиленовая, водоабразивная), наряду с общими преимуществами лазерных технологий, таковы: высокая производительность и размерная точность процесса, малая ширина реза (при отношении толщины материала к ширине реза – до 10-30); высокое качество кромок реза и узкая зона термического влияния; отсутствие деформаций обработанного изделия; бесшумность процесса; отсутствие необходимости механически закреплять материал; гибкость перенастройки режимов; возможность резки любых труднообрабатываемых материалов: тугоплавких, хрупких, сверхтвердых, слоистых, волокнистых, токсичных, радиоактивных; возможность выполнения сложных фигур резки; возможность гибко наладить обработку малых партий изделий без изготовления спецоснастки и специнструментов [1,57].

Лазерная резка фанеры в процессе изготовления вырубных штампов. Дым эффективно удаляется вытяжкой, которая подведена со стороны нижней части раскройного стола

Внешний вид реза с обратной стороны реза при резке фанеры CO₂-лазером "Трумф" в импульсном режиме. (вырубной штамп, в глубине реза блестит лезвие штампа) Потребитель считает импульную резку более удачной технологией, т.к. при этом достигается более равномерная ширина реза по толщине материала по сравнению с "бочкой", которая получается при использовании постоянных режимов

Доля операций ЛР в общем объеме применения процессов лазерной макрообработки материалов составляет, по разным оценкам [19,20], около 50%. В настоящее время возможна ЛР практически любых материалов (металлы, минералы, стекло, керамика, графит, пластики, резина, ткани, древесина, композиты, бетон, асбоцемент) в диапазоне толщин 0,1-70 мм, скоростей резки 80-1 м/мин., ширины реза 0,05-1 мм. Это возможно благодаря наличию на мировом рынке индустриальных лазеров (на СО2 и твердотельных) мощностью от 0,1 до 50 кВт.

По данным [1], стандартными СО₂-лазерами мощностью 1,5-2 кВт «рутинно» производится резка конструкционных сталей толщиной до 14 мм, нержавеющих сталей – до 9 мм; алюминия – до 4 мм; титана – до 6 мм; меди – до 2 мм; композитов – до 5 мм; кварца – до 2 мм; бетона – до 40 мм (в данном случае лазером мощностью 8кВт). Стандартными Nd:YAG – лазерами (мощностью до 3 кВт) режут: конструкционные стали – до 12 мм; нержавеющие стали – до 10 мм; алюминий – до 6 мм; медь – до 3 мм.

Практическое применение ЛР показало себя экономически оправданным при обработке таких изделий, как кузова и детали автомобилей, корпуса бронемашин, судов, самолетов; технологические каналы ядерных реакторов; металлические двери; сейфы; кабины; трубопроводная фурнитура; дисковые пилы; медицинский инструментарий; мебель; кварцевые трубы; художественные и ювелирные изделия; вывески; бытовые товары; костюмы; обувь; тара; банкноты; открытки; паркет; архитектурные аксессуары; детали стрелкового оружия, штампы; клапана; лопасти; панели приборов [9,57,103,104].

ЛР широко применяется в таких отраслях промышленности: автомобилестроение; станкоинструментальная; медицинская; фармацевтическая; машиностроение для пищевой промышленности; радиоэлектроника; электротехническая; производство строительных машин и инструментов. В последние годы активно развивается технология ЛР для раскроя и утилизации крупнотоннажных изделий (котлы, вагоны, суда, фермы, морские платформы), а также для проходки тоннелей и штолен.

Актуальны проблемы: разработка технологий индустриальной ЛР стратегически перспективных отраслей (аэрокосмическое машиностроение; утилизация промышленных, ядерных и оборонных объектов; проходка туннелей, скважин). Ведутся поисковые исследования лазерной технологии сверления горных пород [37,38] и резки бетона [40,41,105]. Появилась технология лазерной резки стали толщиной 50 мм с помощью струи кислорода высокого давления при поддержке процесса излучением маломощного (2 кВт) СО₂-лазера [106]. Ведутся исследования [6] резки конструкций ядерных реакторов с помощью СО2-лазера мощностью 21 кВт: разрезалась сталь толщиной 300 мм (на воздухе) и 150 мм (под водой) [1]. С помощью специально разработанного СО₂-лазера мощностью до 50 кВт выполнены лабораторные эксперименты по дистанционной лазерной резке стальных оголовков горящих нефтяных скважин [107].

В настоящее время интенсивно развивается технология резки различных материалов излучением волоконных лазеров большой мощности [183]. Так, при мощности 5 кВт достигнуто удовлетворительное качество реза стали толщиной 25 мм.