Волоконне лазерне різання: «Світлове різання» у промисловості

У сучасних промислових майстернях тонкий, але дивно потужний лазерний промінь може точно різати метали та швидко вирізати пластини — ось у чому «магія» технології волоконного лазерного різання. Як зіркова технологія в галузі лазерної обробки, вона непомітно змінила методи виробництва багатьох галузей, таких як суднобудування, будівельна техніка та електронне обладнання, завдяки своїм перевагам високої ефективності, точності та низької вартості, ставши «справжнім помічником» у сфері прецизійної обробки.

І. Що таке волоконне лазерне різання?

Волоконне лазерне різання — це технологія безконтактного різання, що базується на використанні волоконних лазерів. Простими словами, вона зосереджує потужний лазерний промінь через оптичне волокно на поверхні матеріалу, дозволяючи миттєво перетворювати світлову енергію лазера на теплову. Область матеріалу, що піддається випромінюванню, швидко досягає точки плавлення або навіть кипіння, переходячи в розплавлений або пароподібний стан. Потім допоміжний газ видаляє залишки, а завдяки відносному руху між лазером і заготовкою можна точно «вирізати» потрібну форму.

Ця система подібна до витонченого «світлокерованого майстра», що складається з промислового комп'ютера, контролера, робочого столу, системи направляння світла та інших компонентів. Після того як комп'ютер видає команди, сервосистема керує точним рухом робочого столу, лазер випромінює імпульси з заданою частотою, а система направляння світла оптимізує лазерний промінь і послаблює відбитий світло, щоб уникнути пошкодження обладнання, забезпечуючи стабільний і ефективний процес різання.

II. «Виняткові переваги» волоконного лазерного різання

Порівняно з традиційними технологіями різання та СО₂-лазерним різанням, волоконне лазерне різання має багато помітних переваг, завдяки чому воно є «лідером за продуктивністю» та «економічним рішенням» у промисловій обробці.

З точки зору ефективності, його продуктивність є вражаючою. Під час різання тонких листів швидкість може бути в 2-3 рази вищою, ніж у лазерного різального верстата з СО₂ з такою ж потужністю; під час обробки матеріалів товщиною 6 мм швидкість волоконного лазерного різального верстата потужністю 1,5 кВт порівнянна зі швидкістю СО₂-лазера потужністю 3 кВт, що значно економить час виробництва 4.

З точки зору вартості його переваги ще більш суттєві. Коефіцієнт перетворення світла на електрику досягає 30%, що значно вище, ніж у традиційного обладнання для різання, і дозволяє ефективно знижувати енергоспоживання. У той же час обладнання використовує передачу через оптоволокно з простим оптичним шляхом, який не потребує складного технічного обслуговування. Середній час між несправностями перевищує 100 000 годин, а витратних матеріалів практично немає, що значно зменшує довгострокові витрати на експлуатацію та обслуговування 5.

Також він вирізняється технічною гнучкістю. Довжина хвилі волоконного лазера становить лише 1064 нм, що забезпечує краще поглинання металевими матеріалами — навіть високовідбивні матеріали, такі як алюміній та мідь, можна легко розрізати. Він також дозволяє обробляти довільні візерунки і навіть виконувати багатовимірне просторове різання на спеціальних матеріалах, таких як сталеві труби, завдяки чому широко використовується в галузі 3D-лазерного різання в автомобільній промисловості 6.

Крім того, точність його різання надзвичайно висока: мінімальна ширина різу становить лише 15 мкм, а точність різання — 8 мкм/30 мм. Зона термічного впливу невелика, деформація матеріалу незначна, що дозволяє максимально ефективно використовувати матеріали та забезпечувати високу якість продукції 7.

III. «Межі застосування» волоконного лазерного різання

Хоча різання волоконним лазером має очевидні переваги, це не є універсальним рішенням. Експерименти показали, що під час різання товстих сталевих плит понад 15 мм якість різання погіршується, оскільки розплавлений метал важко повністю вивести; під час різання низьковуглецевої сталі, якщо швидкість перевищує 6 м/хв, якість також значно знижується 1.

Проте це «лідер» у обробці тонких і середніх за товщиною матеріалів. Шорсткість поверхні при різанні нержавіючої сталі завтовшки до 4 мм подібна до шорсткості при різанні лазером CO₂, а в діапазоні товщин 6-10 мм шорсткість поверхні може залишатися в основному стабільною 2. Наразі воно широко використовується в прецизійному металорізанні в електроніці, машинобудуванні, медицині та інших галузях, займаючи 70% ринку обробки матеріалів 3.

Від різання листів у суднобудуванні, обробки компонентів у будівельній техніці до формування прецизійних деталей у електронному обладнанні — волоконне лазерне різання використовує потужність «променя світла», щоб сприяти розвитку промислового виробництва у бік вищої ефективності, точності та екологічності. З постійним технологічним удосконаленням у майбутньому воно відкриє ще більше можливостей у галузі прецизійної обробки матеріалів, дозволяючи «світловому чарівництву» створювати ще більшу промислову цінність.

Ознайомившись із принципами та перевагами волоконного лазерного різання, наступного тижня ми детально розглянемо волоконне лазерне різання, його застосування в прецизійній обробці, а також перспективи розвитку.