Волоконная лазерная резка: «волшебство света» в промышленности

В современных промышленных цехах тонкий, но удивительно мощный лазерный луч может точно резать металлы и быстро вырезать пластины — в этом заключается «магия» технологии волоконной лазерной резки. Будучи передовой технологией в области лазерной обработки, она незаметно изменила производственные методы во многих отраслях, таких как судостроение, строительная техника и электронное оборудование, благодаря своим преимуществам высокой эффективности, точности и низкой стоимости, став «незаменимым помощником» в области прецизионной обработки.

I. Что такое волоконная лазерная резка?

Волоконная лазерная резка — это технология бесконтактной резки, основанная на использовании волоконных лазеров. Проще говоря, она фокусирует лазерный луч высокой энергии на поверхности материала посредством оптического волокна, позволяя световой энергии лазера мгновенно преобразовываться в тепловую. Облучаемая область материала быстро достигает точки плавления или даже кипения, переходя в расплавленное или парообразное состояние. Затем вспомогательный газ удаляет остатки, а за счёт относительного движения между лазером и заготовкой можно точно «вырезать» нужную форму.

Эта система похожа на сложного «светового мастера», состоящего из промышленного компьютера, контроллера, рабочего стола, системы направления света и других компонентов. После того как компьютер выдает команды, сервосистема управляет точным перемещением рабочего стола, лазер излучает импульсы с заданной частотой, а система направления света оптимизирует лазерный луч и ослабляет отражённый свет, чтобы избежать повреждения оборудования, обеспечивая стабильный и эффективный процесс резки.

II. «Выдающиеся преимущества» волоконной лазерной резки

По сравнению с традиционными технологиями резки и CO₂-лазерной резкой, волоконная лазерная резка обладает множеством заметных преимуществ, что делает её «лидером по эффективности» и «экономичным решением» в промышленной обработке.

С точки зрения эффективности, его производительность впечатляет. При резке тонких листов его скорость может быть в 2–3 раза выше, чем у лазерного станка CO₂ с той же мощностью; при резке материалов толщиной 6 мм скорость волоконно-лазерного станка мощностью 1,5 кВт сопоставима со скоростью станка CO₂ мощностью 3 кВт, что значительно экономит производственное время 4.

С точки зрения затрат его преимущества еще более значительны. Его эффективность преобразования света в электричество достигает 30 %, что намного выше, чем у традиционного режущего оборудования, и позволяет эффективно снижать энергопотребление. В то же время оборудование использует передачу по оптоволокну с простым оптическим путем, не требующим сложного обслуживания. Среднее время наработки на отказ превышает 100 000 часов, а расходных материалов практически нет, что значительно снижает долгосрочные эксплуатационные и технические расходы 5.

Его техническая гибкость также выделяет его на фоне других. Длина волны волоконного лазера составляет всего 1064 нм, что обеспечивает лучшее поглощение металлами — даже высокоотражающие материалы, такие как алюминий и медь, можно легко резать. Он также способен обрабатывать произвольные узоры и выполнять многомерную пространственную резку специальных материалов, например стальных труб, что делает его широко используемым в области 3D-лазерной резки в автомобильной промышленности 6.

Кроме того, его точность резки чрезвычайно высока: минимальная ширина реза составляет всего 15 мкм, а точность резки — 8 мкм/30 мм. Зона термического воздействия небольшая, деформация материала незначительна, что позволяет максимально эффективно использовать материал и обеспечивать высокое качество продукции 7.

III. «Области применения» волоконной лазерной резки

Хотя волоконная лазерная резка имеет очевидные преимущества, она не является универсальным решением. Эксперименты показали, что при резке толстых стальных листов толщиной более 15 мм качество резки ухудшается, поскольку расплавленный металл трудно полностью удалить; при резке низкоуглеродистой стали, если скорость превышает 6 м/мин, качество также значительно снижается 1.

Однако она является «лидером» в обработке тонких и средних по толщине материалов. Шероховатость поверхности при резке нержавеющей стали толщиной до 4 мм аналогична шероховатости при CO₂-лазерной резке, а в диапазоне толщины 6–10 мм шероховатость поверхности может оставаться в основном стабильной 2. В настоящее время она широко используется в точной металлообработке в электронике, машиностроении, медицине и других отраслях, занимая 70 % рынка обработки материалов 3.

От раскроя листов в судостроении до обработки компонентов в строительной технике и формовки прецизионных деталей в электронном оборудовании — волоконная лазерная резка использует силу "луча света", чтобы способствовать развитию промышленного производства в направлении более высокой эффективности, точности и экологичности. С постоянным технологическим совершенствованием она откроет ещё больше возможностей в области обработки прецизионных механизмов в будущем, позволяя "волшебству светового резания" создавать ещё большую промышленную ценность.

После того как мы разобрались с принципами применения и преимуществами волоконной лазерной резки, на следующей неделе мы подробно рассмотрим волоконную лазерную резку, её применение в прецизионной обработке, а также перспективы развития.