Схема лазерной резки металла
Установки для автоматической сварки продольных швов обечаек - в наличии на складе!
Высокая производительность, удобство, простота в управлении и надежность в эксплуатации.
Сварочные экраны и защитные шторки - в наличии на складе!
Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор.
Доставка по всей России!
Общие сведения
Ниже приводятся сведения по теоретическим основам, технологическим процессам и оборудованию для лазерной резки материалов, которая из всех технологий лазерной обработки получила наиболее широкое промышленное применение. Рассмотрены физические явления в полости реза, модели для расчета основных технологических параметров процесса. Даны рекомендации по выбору режимов резки разных металлов и неметаллических материалов с использованием непрерывного и импульсно-периодического излучения промышленных лазеров. В последних разделах описываются конструктивные схемы машин, автоматизированных комплексов и роботов для резки плоских и пространственных заготовок, а также приводятся типичные примеры промышленного применения техники лазерной резки.
Схема процесса
Процесс лазерной резки (рис. 28.1) характеризуется одновременным воздействием на разрезаемый материал сфокусированного линзой или объективом лазерного излучения и вспомогательного газа, в результате которого образуется в материале узкий разрез. Синхронно перемещению лазерного резака по всей толщине обрабатываемого материала движется нагретая до определенной температуры наклонная поверхность разрушения (передняя поверхность реза), взаимодействующая с излучением.
Физические основы
Характер физических явлений на передней поверхности реза определяется плотностью мощности светового потока. С повышением плотности мощности растет температура передней поверхности реза и средняя скорость ее перемещения. По сравнению с традиционными источниками тепла, которые используются в процессах кислородной, плазменной и электронно-лучевой обработки, сфокусированный лазерный луч обеспечивает на один — полтора порядка более высокую плотность энергии, передаваемой аномально малой площади воздействия (рис. 28.2). Такой световой поток за доли секунды не только расплавляет, но и частично испаряет поверхность любого, даже самого тугоплавкого, материала. В процессе резки падающий на материал световой поток частично поглощается поверхностью материала, расплавленной пленкой и боковыми поверхностями реза, частично отражается. При большой плотности энергии часть излучения поглощается образующимися продуктами разрушения материала, вследствие чего снижается эффективность резки. Поглощательная способность конкретного металла зависит от длины волны, поляризации и угла падения излучения на поверхность. Она увеличивается при расплавлении и окислении металла, при увеличении толщины металла и может достигать ≥80%. В литературе отсутствуют конкретные коэффициенты поглощения применительно к многообразным условиям резки.
Характер физических явлений в разрезе зависит от относительного энерговклада лазерного и химического тепловых источников. При высокой плотности мощности излучения резка идет с заметным испарением (сублимацией) материала, газ выполняет в основном функцию удаления из разреза продуктов разрушения. В этом случае скорость и качество резки определяются параметрами излучения. Если энерговклад химического источника сопоставим с лазерным или превышает его, то процесс резки идет в режиме плавления с экзотермическим окислением расплавленного металла на передней поверхности реза. В этом случае скорость и качество ниже и определяются параметрами химического источника тепла и процесс мало чем отличается от процесса кислородной резки стали.
При резке металлов механизм разрушения может быть стационарным, когда по всей длине канала реза существует ванна расплава, и нестационарным (неустановившимся), характеризующимся периодическим выносом расплавленного металла из полости реза. На практике имеет место нестационарный механизм.
Использование вспомогательного газа позволяет заметно снизить удельные затраты энергии излучения благодаря более интенсивному удалению из полости реза продуктов разрушения. При резке металлов применяют в основном кислород. На лобовой поверхности реза выделяется дополнительная теплота в результате окисления металла. Образуется оксидная пленка, которая значительно повышает коэффициент поглощения излучения. Применение импульсно-периодического излучения позволяет снизить удельные затраты энергии излучения, а также существенно повысить качество резки. Назначая определенные параметры излучения (пиковую мощность, форму, длительность и частоту следования импульсов) можно активно влиять на скорость резки, глубину зоны термического воздействия, толщину разрезаемого материала, количество грата на кромках. В литературе недостаточно внимания уделено теоретическим и экспериментальным исследованиям процесса резки с использованием импульсно-периодического излучения.
Модели резки
Тепловые модели
Учитывая определяющий характер тепловых явлений, для оценочных расчетов режимов резки используют тепловые модели, созданные на основе теории теплопроводности. При этом не учитывается влияние газогидродинамических явлений в полости реза. Простейшей является одномерная модель резки с последовательным образованием отверстий и коэффициентом перекрытия. Для оценочных расчетов режимов резки применяются также модель линейного источника тепла в пластине. В параметрической форме основное ее уравнение имеет вид :
6,3/Р = In (4,5/Y), (28.1)
— параметры соответственно мощности и скорости; q — эффективная тепловая мощность луча, Вт; δ — толщина металла, м; a — коэффициент температуропроводности, м 2 /с; γ — плотность, кг/м 3 ; с — удельная теплоемкость, Дж/(кг*К); Тп — температура плавления. К; m — скрытая теплота плавления, Дж/кг; Vp — скорость резки, м/с; b — ширина реза, м.
При P≥10 и Y≥5 выражение (28.1) преобразуется в уравнение Y=0,48 Р для мощного быстродвижущегося линейного источника тепла в пластине, при Р≤4 и Y≤1 оно описывает предельное состояние теплового поля для линейного подвижного источника тепла. По (28.1) можно рассчитать скорость резки при заданной мощности излучения или требуемую мощность излучения при заданной толщине металла и скорости резки. В качестве примера рассчитаем минимальное значение q, требуемое для резки разных металлов толщиной 10 -3 м при минимальной скорости резки 1,67*10 -3 м/с и b=2*10 -4 м. Ниже приведены данные по разрезаемости разных металлов:
Расчетные минимальные значения q характеризуют разрезаемость металлов в режиме плавления и испарения. При расчете q при резке в режиме испарения, согласно (28.2),
где Тk — температура кипения металла; r — скрытая теплота испарения, Дж/кг. Значения q рассчитаны из условия, что теплофизические свойства металлов не зависят от температуры и агрегатного состояния. Для определения требуемой мощности лазера необходимо учесть поглощательную способность металла.
Теплогидродинамические модели
Комбинированная модель описывает нестационарный периодический характер разрушения верхней кромки металла на малой скорости резки с помощью механизма образования отверстий и стационарное разрушение металла по всей его толщине при большой скорости резки. Используя эту модель, можно объяснить наличие на поверхности реза зон с разной шероховатостью, выполнить оценочные количественные расчеты скорости резки и шероховатости поверхности кромки. Но в модели не учитываются изменение плотности мощности излучения по толщине металла и газодинамическое воздействие на металл струи вспомогательного газа.
Технология лазерной резки металла – оборудование, особенности, видео
Лазерная резка, или LBC (Laser Beam Cutting), как она обозначается во всем мире, – это процесс, при котором материал в зоне реза нагревается, а затем разрушается при помощи лазера.
Промышленная резка металла с помощью лазера
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 10 8 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).
Преимущества и недостатки лазерной резки
Лазерная резка металлических изделий имеет целый ряд весомых преимуществ по сравнению с другими способами резки. Из многочисленных достоинств данной технологии стоит обязательно отметить следующие.
- Диапазон толщины изделий, которые можно успешно подвергать резке, достаточно широк: сталь – от 0,2 до 20 мм, медь и латунь – от 0,2 до 15 мм, сплавы на основе алюминия – от 0,2 до 20 мм, нержавеющая сталь – до 50 мм.
- При использовании лазерных аппаратов исключается необходимость механического контакта с обрабатываемой деталью. Это позволяет обрабатывать таким методом резки легко деформирующиеся и хрупкие детали, не переживая за то, что они будут повреждены.
- Получить при помощи лазерной резки изделие требуемой конфигурации просто, для этого достаточно загрузить в блок управления лазерного аппарата чертеж, выполненный в специальной программе. Все остальное с минимальной степенью погрешности (точность до 0,1 мм) выполнит оборудование, оснащенное компьютерной системой управления.
- Аппараты для выполнения лазерной резки способны с большой скоростью обрабатывать тонкие листы из стали, а также изделия из твердых сплавов.
- Лазерная резка металла способна полностью заменить дорогостоящие технологические операции литья и штамповки, что целесообразно в тех случаях, когда необходимо изготовить небольшие партии продукции.
- Можно значительно снизить себестоимость продукции, что обеспечивается за счет более высокой скорости и производительности процесса резки, снижения объема отходов, отсутствия необходимости в дальнейшей механической обработке.
Резка фанеры лазером
Наряду с высокой мощностью устройства для лазерной резки обладают исключительной универсальностью, что дает возможность решать с их помощью задачи любой степени сложности. В то же время для лазерной резки металла характерны и некоторые недостатки.
- Из-за высокой мощности и значительного энергопотребления оборудования для лазерной резки себестоимость изделий, изготовленных с его применением, выше, чем при их производстве методом штамповки. Однако это можно отнести лишь к тем ситуациям, когда в себестоимость штампованной детали не включена стоимость изготовления технологической оснастки.
- Существуют определенные ограничения по толщине детали, подвергаемой резке.
Виды оборудования для лазерной резки
Оборудование для лазерной резки металла делится на три основных типа.
Газовые установки для лазерной резки
Газы в таких установках, использующиеся в качестве рабочего тела, могут прокачиваться по продольной или поперечной схеме. Принцип работы таких лазеров заключается в возбуждении атомов газа под действием электрического разряда, вследствие чего частицы начинают излучать монохроматический свет. Большое распространение в современной промышленности нашли щелевидные установки, работающие на углекислом газе. Они достаточно компактные, при этом мощные и отличаются простотой в эксплуатации (в Интернете достаточно много видео, на которых показана работа таких установок).
Принцип действия газового лазера
Конструкция такого оборудования состоит из двух основных элементов: лампы накачки и рабочего тела, в качестве которого чаще всего используется стержень из искусственного рубина. В состав последнего также включен неодим иттриевого граната. Лампа накачки в таких аппаратах необходима для того, чтобы передать на рабочее тело требуемое излучение. Чаще всего такие установки для лазерной резки работают в импульсном режиме, но есть и модели, функционирующие непрерывно.
Принцип действия рубинового лазера
В газодинамических установках рабочий газ предварительно нагревается до 2–3 тысяч градусов, затем на высокой скорости (выше скорости звука) пропускается через специальное сопло, а после этого охлаждается. Такое оборудование является очень дорогостоящим, как и сам процесс формирования лазерного луча, поэтому его использование очень ограничено.
Если посмотреть видео работы лазерной установки, то очень сложно определить, к какой группе она относится. Для этого необходимо получить представление об устройстве такого оборудования.
Любое оборудование для выполнения лазерной резки, к какой бы группе оно ни принадлежало, содержит следующие элементы:
Высококачественный лазерный CO2 станок с ЧПУ своими руками! С сенсорным управлением! + Чертежи!
Около года назад я хотел купить лазерный CO2 станок, чтобы сделать свое рабочее место полноценным. Одна из проблем заключалась в том, что лазерные резаки недешевы, особенно для любителей, которым нужна большая площадь резки. Конечно, за эту цену вы также получаете отличное программное обеспечение и техническую поддержку клиентов, но когда я начал этот проект мне исполнилось 17 лет, и у меня просто не было таких денег. Вот почему я построил свой собственный лазерный СO2 станок. Это полная пошаговая инструкция, как собрать лазерный резак самому! Я включил в это руководство все файлы, необходимые для его создания.
Этот лазерный резак использует лазерную CO2 трубку мощностью 40 Вт, имеет большую площадь резки 1000 на 600 мм и оснащен сенсорным экраном для управления! Весь проект мне обошелся примерно в 170 тысяч рублей, это все равно большие деньги, но я не хотел делать его из лома. Его нужно было построить из высококачественных материалов, чтобы он не развалился за два года. И это все еще очень дешево для лазерного резака с такой большой площадью реза. Кроме того, за эту цену вы получите потрясающий опыт создания собственного лазерного станка и бесценные знания.
Он работает на двух микроконтроллерах, arduino с GRBL и raspberry pi с сенсорным экраном, чтобы сделать его автономным устройством и управлять им. Это означает, что вам не нужен компьютер для отправки файлов на вашу машину. К сожалению, на данный момент у меня нет на это времени, поэтому сенсорный экран теперь используется только для управления дополнительными функциями, такими как освещение, пневматическая система и насос. В будущем я обязательно продолжу работу над этим проектом, чтобы сделать его автономным устройством.
Важно! В этой машине используется лазер мощностью 40 Вт! Я принял все меры предосторожности при проектировании корпуса, и лазер будет активироваться только при закрытой крышке. Всегда используйте защитные очки при проверке лазера. Даже отраженный луч может быть очень опасным для глаза! Я не несу ответственности за возможные несчастные случаи.
Я очень надеюсь, что вам понравятся моя инструкция, и она поможет некоторым из вас построить свой собственный лазерный станок!
Примечание: Данная статья является переводом. Часть файлов доступных для загрузки помимо английского может быть на нидерландском языке.
Шаг 1: Дизайн
На этом этапе я расскажу о конструкции этой машины. На этом шаге нет файлов для загрузки. Я добавлю эти файлы на этапах, где я буду рассказывать о сборке или установке отдельных частей лазерного резака. Что касается этого шага, я просто объясню, как и почему я пришел к этому дизайну. Я вдохновлялся внешним видом дизайна лазерного резака серии hobby от Full Spectrum Laser.
Прежде чем сделать набросок того, как должна выглядеть машина, я составил список вещей, которые нужно учитывать при ее проектировании.
Первое и самое главное безопасность! При создании данной машины не забывайте, что безопасность является приоритетом. Поскольку этот лазерный резак использует CO2-лазер мощностью 40 Вт, очевидно, что лазерный луч и даже его отражения. Должны оставаться внутри станка. Поэтому для чехла машины я использовал темную акриловую пластину. Пластина достаточно прозрачная, чтобы вы могли видеть, что происходит внутри. Для боковых панелей я использовал ламинат высокого давления, потому что он хорошо выглядит и устойчив к лазерному излучению.
Второй фактор, который я имел в виду, - это размер рабочей зоны и самого резака. Я хотел, чтобы у него была большая площадь реза 600 на 1000 миллиметров. Зачем строить маленькую машину, если можно построить большую? Поскольку это все еще машина, сделанная своими руками, я хотел, чтобы при необходимости было легко заменять или добавлять детали. Поэтому поля всех отдельных «комнат» в машине выбраны немного шире.
Помня о простоте сборки и возможной модификации этого лазерного резака, я решил построить раму из Т-образных алюминиевых 30x30 профилей.
Теперь я объясню базовый дизайн этого проекта. На изображениях этого шага я добавил несколько черновиков, которые показывают вам различные ракурсы каркаса. Конструкция состоит из пяти отдельных мест. Самое большое пространство - это рабочая зона лазерного резака. Пространство сразу за рабочей зоной - это вентиляционная комната, все пары будут всасываться из рабочей зоны в это место и выводиться наружу по вентиляционному шлангу. За вентиляционным помещением расположены два пространства друг над другом. Верхнее пространство - это пространство, куда войдет лазер. Я хотел, чтобы лазер не находился в рабочей зоне, потому что было бы плохо, если бы он был во всех этих парах. Нижнее пространство - это пространство, где будут находиться резервуар для воды и водяной насос, они необходимы для охлаждения лазера. Последняя комната - это пространство справа от машины, где будет вся электроника, драйверы, расходные материалы и сенсорный экран. Отдельные зоны пространства будут разделены акрилом толщиной 3 мм.
Шаг 2: Спецификация материалов
Я составил полную ведомость материалов, в которой есть всё необходимое для создания собственного лазерного резака. Большинство запчастей можно заказать на aliexpress, некоторые на ebay. Общая стоимость этих деталей составляет около 161 тысячи рублей. Единственное, что не включено в эту цену, - это стоимость доставки (в общей сложности около 4400 рублей) и нить для 3D-принтера. Я использовал чуть меньше двух рулонов PLA-нити (3600 рублей) для печати всех деталей. Общая стоимость этого потрясающего лазерного резака составляет около 170 тысяч рублей.
В спецификации отдельные пластины не упоминаются, потому что вы получите дополнительную информацию о них на шаге 7. Я потратил в общей сложности около 32 тысяч рублей на эти пластины.
Я также только что упомянул «гайки и болты» в спецификации. Если вы посмотрите на картинку, которую я загрузил на этом этапе, вы увидите, какие именно гайки и болты (с номером DIN) и сколько из них я купил. Я действительно не знаю, сколько из них я использовал, но количество, которое я упомянул, определенно подойдет.
Я выбрал лазерную головку с подвижной линзой, поэтому вы можете настроить расстояние по оси Z между линзой и материалом, который вы хотите вырезать, чтобы правильно установить точку фокусировки.
Шаг 3: 3D-печать некоторых вещей
Многие детали этого лазерного резака напечатаны на моем 3D-принтерe. Я загрузил все файлы, которые нужно напечатать на 3D-принтере, прежде чем вы сможете начать сборку собственной машины. В названиях этих STL-файлов я упомянул, сколько раз нужно распечатать каждую часть (названия частей написаны на голландском языке).
Вы можете увидеть некоторые из этих частей на фотографии, но не все они на нем представлены.
Цвет деталей на самом деле не имеет значения, но я напечатал все внутренние части красным цветом, а внешние части черным (некоторые внутренние части тоже пришлось напечатать черным, потому, что у меня закончилась красная нить.
Если у вас нет 3D-принтера и вы не знаете никого с принтером, вам не обязательно покупать его самостоятельно. Вы можете просто воспользоваться услугами 3D-печати, такими как 3D-хабы , это очень просто.
МакетЛазер (Чертежи и макеты для лазерной резки)
В этой группе собран архив файлов для лазерной резки из общего доступа.
МакетЛазер (Чертежи и макеты для лазерной резки) запись закреплена
Видеоурок для новичков по Corel Draw. работа с симетричными объектами, вращение по кругу и много полезных советов от Деревяшкина
Всём привет
Сержик, цена 120, в комплекте чиллер и стабилизатор. Про двигатели смогу завтра уточнить. Станок в Серпуховском районе
Всем привет!
Рисуем на заказ потрясающие макеты фигурных пазлов. С плотным сцеплением деталей, сюжетом в нарезке и классными иллюстрациями.
Будем рады воплотить ваши идеи в жизнь.
Есть макеты, которые продаются.
По всем вопросам: художник/иллюстратор Лена и художник/дизайнер по резу Юлия
Да да, обращался к Юле деньги взяла сразу, тысяч 8 или 10, где то есть в скринах переписки. А потом работу ждал больше месяца «вместо пары дней» в итоге работу так и не доделала, кормила тем что бонус какой нибудь сделает. Что дел много. А по факту кидок. Работу сдала не до конца. И была такова. (До этого такого у неё не было, но факт есть факт )
Читайте также: