Устройство и принцип работы станков для лазерной резки

Станки для лазерной резки применяются для бесконтактной обработки различных металлов с высокой точностью. Аналогов по уровню технологии, качеству резки или гравировки и удобству управления нет. Обрабатываемые заготовки после проведения работ не требуют доработок, стоимость их изготовления низкая.

Станок
Станок для резки металла

Устройство и принцип работы

Лазерный станок предназначен для гравировки и порезки металлических изделий. Конструктивно состоит из следующих узлов:

  • систем излучения, преобразования;
  • излучателя с резонаторами;
  • управляющей системы;
  • органов управления;
  • узла, перемещающего лазер над рабочей поверхностью.

Конструкция зависит от типов оборудования:

  • газовые — оснащаются системой накачки инертных газов (неон, гелий), стеклянной колбой с излучающей трубкой;
  • твердотельные, устанавливаются лампы накачки, импульсные лампы, рабочее тело (рубин) система зеркал (отражающие, полупрозрачные);
  • газодинамические — предусмотрено сопло для ускорения газов, системы охлаждения;

Плотность пучка составляет 100 МВт/см2. При облучении поверхности заготовки происходит её быстрый разогрев, плавление. За счёт теплопроводности луч способен проникать вглубь металла. В зоне нагрева при достижении температуры кипения происходит его испарение.

Виды лазерной резки

В зависимости от мощности луча, лазерные станки позволяют выполнять такие виды обработок:

  • плавление;
  • испарение.

Резать детали путём расплавления выгодно по следующим причинам:

  • ресурс лазера выше, чем при испарении;
  • меньшее потребление электроэнергии;
  • допускается резка заготовок различной толщины;
  • точная регулировка луча системой управления — фокусировка, угол наклона;
  • высокое качество торцов деталей после обработки;
  • при добавлении газов снижается вероятность образования окислов.

Метод испарения применим для небольшой толщины. Требует значительных энергозатрат, поэтому на практике его используют достаточно редко. Изготовление деталей становится экономически не выгодным.

Преимущества и недостатки

Станки лазерной резки обладают следующими преимуществами:

  • простота обработки хрупких деталей;
  • низкая степень погрешности при позиционировании лазера над обрабатываемой поверхностью;
  • удобная система управления;
  • резка заготовок любой формы;
  • простота гравировки и резки изделий из твёрдых сплавов;
  • толщины резки: медь, латунь — до 1,5 см, сталь, алюминий — до 2 см, нержавейка — до 5 см;
  • высокая скорость обработки;
  • минимальная себестоимость готовых изделий.

Основные недостатки:

  • сложность конструкции, обслуживания, ремонтов;
  • высокая стоимость оборудования и комплектующих;
  • ограниченность по толщине заготовок;
  • значительный расход электроэнергии;
  • особые требования к безопасности при установке, эксплуатации.
Резка заготовок
Резка заготовок любой формы

Принципы выбора

Оборудование для лазерной резки металла выбирается по следующим критериям:

  • производительности, скорости обработки, позиционирования луча над рабочей поверхностью;
  • типу излучателя (металлического или керамического), срока его службы, надёжности, особенностей конструкции;
  • торговой марки, под которой был изготовлен станок;
  • гарантийному сроку от производителя;
  • виду материалов деталей, используемых в устройстве позиционирования лазера, особенно направляющих;
  • назначению, условиям эксплуатации, на которые рассчитан промышленный станок;
  • удобству и простоте управления;
  • возможностям расширения функциональности;
  • требованиям к помещению, где будет выполнена установка оборудования;
  • стоимости конкретной модели, комплектующих, расходных материалов.

Дизайн станка

Дизайн и компоновка оборудования для лазерной резки металла обеспечивают удобство в работе, а также производительность. Простота удаления стружки, доступное пространство для перемещения заготовки относительно лазера, эффективность охлаждения — вот основные параметры, зависящие от расположения конструктивных элементов.

Важно обращать внимание на следующие узлы:

  • подъёмный стол;
  • лазер;
  • систему охлаждения;
  • оптику.

Подъёмный стол

Станок для лазерной резки оснащён подъёмным столом, предназначенным для закрепления и перемещения заготовки относительно луча. Перемещение может быть линейным вдоль вертикальной оси координат. Он обладает различной грузоподъёмностью, площадью, способен перемещаться при помощи механического или электрического подъёмного привода.

Мощность лазера и охлаждение

Лазерный резак по металлу оснащается лазерами различной мощности, позволяющими выполнять различные задачи. Чем выше мощность, тем качественнее обработка, больше допустимая толщина заготовок, но и выше энергопотребление.

Для эффективной работы и установки необходимо обеспечивать качественное охлаждение трубки. От этого будет зависеть ресурс работы лазера. Обычно достаточно водяной системы с датчиком потока, позволяющим контролировать охлаждение.

Мощный лазер
Лазер для резки металла

Оптика

Устройство для лазерной резки предусматривает установку оптики, назначение которой фокусировать луч. Она может быть следующих видов:

  • длиннофокусной, применяемой для обработки толстых заготовок;
  • короткофокусной, используемой для гравировки или резки тонколистового металла.

Цены

Стоимость оборудования зависит от следующих факторов:

  • производителя;
  • функциональности;
  • типа лазера;
  • оптической системы;
  • площади рабочей поверхности;
  • системы охлаждения.

Как изготовить станок для лазерной резки своими руками

Создать своими руками станок для резки металла лазерным лучом можно только твердотельный, так как для него просто подобрать комплектующие, цены на них невысокие. Основными элементами для сборки являются сам лазер и система управления его работой.

Приобрести лазер можно в специализированных магазинах или снять с готовых изделий (лазерной указки, привода лазерных дисков). Для создания управляющей схемы потребуются следующие компоненты:

  • конденсаторы 100 пФ, 100 мкФ;
  • резисторы номиналом от 2 до 5 Ом;
  • плата для пайки;
  • фокусирующая оптика;
  • цилиндрический металлический корпус, подходит от светодиодного фонарика;
  • мультиметр.

Новичкам рекомендуется приобретать в магазинах радиоэлектроники готовую печатную плату с установленными элементами. Альтернативой является выбор готовой схемы, изготовления на её основе платы и самостоятельной пайки.

Также нужно заранее подготовить дополнительные для сборки компоненты:

  • корпус для радиоэлементов и лазера;
  • шаговые двигатели, платы управления ими;
  • регулятор напряжения излучателя;
  • резиновые ремни зубчатые, металлические шкивы под них;
  • крепёжные элементы;
  • выключатели кольцевого типа;
  • USB-контроллер для цифрового управления;
  • систему охлаждения;
  • металлические трубки (направляющие) и доски (для корпуса).

Пошаговый процесс изготовления:

  1. Разбирается корпус устройства-донора, из него демонтируется лазерная головка.
  2. Изготавливается прямоугольный каркас из деревянных планок.
  3. Внутри корпуса монтируются поперечные направляющие, а на них продольные, к которым крепится станина.
  4. Подсоединяются к перемещаемой планке шкивы, устанавливаются двигатели, одеваются ремни.
  5. На перемещаемую станину закрепляется лазерная головка.
  6. Монтируется система охлаждения.
  7. К лазеру подключается плата управления.
  8. Выводится проводка от управляющей платы на переднюю панель корпуса, подключаются системы контроля и управления.
  9. Подключается USB-контроллер, на ПК согласуется с программным обеспечением, выполняются настройки.
  10. Проверяется работа оборудования в основных режимах.
Печатная плата
Плата для пайки

Эксплуатация

Особенности эксплуатации станков для лазерной резки по металлу:

  • необходимо выполнить заземление оборудования;
  • при работе включить водяное охлаждение;
  • для повышения точности обработки металлических поверхностей, необходимо выполнять юстировку оптики;
  • запрещено резать детали, не соответствующие заявленным производителем требованиям по эксплуатации;
  • для стабильной работы электроники нужно обеспечить качественное электропитание;
  • важно регулярно проводить техосмотры, заменять изношенные детали, расходные материалы;
  • направляющие нуждаются в качественной периодической смазке;
  • поддерживать оборудование в чистоте.

Станок позволяет обрабатывать металлические поверхности лазерным лучом, обладающим высокой энергией, когерентностью, постоянной длиной волны. При попадании на поверхность заготовки происходит её нагрев до температуры плавления. В результате такого воздействия одна часть металла испаряется, а другая — переходит в расплавленную металлическую фазу.

Простой и доступный лазер для резки металла

Ссылка на основную публикацию