Лазерная резка: основные правила и запреты для точности и безопасности

Лазерная резка — процесс использования высокомощных лучей света для резки, нарезки или сверления материалов. Разработанная в 1960-х в Институте сварки в Англии, процесс стал все популярнее. Фактически, станки для лазерной резки металла теперь составляют крупнейший сегмент глобального рынка металлореза, спрос на них к 2025 году ожидается почти $9,8 млрд.

Как работает лазерная резка? Существует несколько процессов, но они обычно делятся на две категории: плавленую резку и абразивную (аблативную) резку. В простейшей форме лазерная плавленная резка использует лазер для плавления локальной области материала на заготовке, затем удаляет расплавленный материал высокодавленными струями инертного газа (обычно азота, который не входит в экзотермическую реакцию с резаемым материалом). ЧПУ-управление может двигать лазер или заготовку для создания непрерывных резов.

Аблативная лазерная резка использует быстрые импульсы высокоинтенсивного лазера для удаления материала слой за слоем. Этот процесс фактически испаряет, а не плавит, и поэтому не требует давленного газа для удаления излишков материала. Обычно более медленный процесс, аблативная резка используется для частичных резов, не проходящих через заготовку целиком (лазерная гравировка — пример аблативного процесса). В отличие от этого, плавленная резка использует лазер в непрерывных волнах или длинных импульсах и может только резать насквозь.

Почему выбирать лазерную резку?

Лазерная резка дает несколько четких преимуществ. Главное — способность создавать экстремально точные и точные детали. Некоторые детали могут иметь допуски менее 1 мм, что делает лазерную резку эффективным методом для деталей со сложными или изощренными элементами. Высоколокализованная природа лазерной резки резко снижает риск деформации материала заготовки, и детали, произведенные лазерной резкой, часто не требуют постобработки или финишной отделки поверхности.

Кроме того, лазерная резка металла не требует смены инструментов между операциями, позволяет большую гибкость дизайна из-за отсутствия фиксированной оснастки и может быть высоко автоматизирована, минимизируя затраты на труд и сокращая производственные сроки. Также, поскольку луч — единственный инструмент, касающийся заготовки, нет механического трения, вызывающего износ инструмента.

Лазерная резка крайне распространена в промышленном производстве и хорошо подходит для изготовления деталей вроде кузовов автомобилей, чехлов телефонов, листового металла. Процесс также широко применяется в аэрокосмической, медицинской и судостроительной отраслях.

Ключевые соображения для лазерной резки

Хотя ЧПУ-лазерные станки часто используются в производстве, эффективная лазерная резка обычно требует вклада квалифицированных инженеров, следующих лучшим практикам. Вот три ключевых соображения для инженеров и операторов станков:

Материал должен определять конкретный процесс лазерной резки

Пока станки для лазерной резки металла привлекают внимание, лазеры также могут резать или гравировать керамику, дерево, термопласты и полимеры. Инженеры должны выбирать процесс лазерной резки, наиболее подходящий для материала детали.

Например, плавленная лазерная резка эффективна для большинства металлов и термопластов, тогда как аблативная может быть крайне эффективна для деталей из акрила и полиацетала, так как их температуры плавления и кипения настолько близки, что позволяет испарению.

С другой стороны, некоторые материалы труднее резать лазером. Термореактивные полимеры и органические материалы вроде дерева горят, а не плавятся под лазером — качество, позволяющее гравировку или брендирование, но не точную резку.

Не путайте увеличение мощности лазера с повышением эффективности

Хотя повышение мощности лазера означает возможность резать быстрее — новые разработки позволяют достигать скоростей резки до метра в секунду — больше сырой мощности не напрямую означает более эффективное производство.

Чтобы достичь таких высоких скоростей, лазеру нужно время на разгон, что делает высокомощные лазеры невероятно эффективными для резки крупных деталей или деталей без сложных элементов. Эти лазеры дают меньше преимуществ для деталей со сложными геометриями, потому что лазеру обычно приходится переходить к другому резу до достижения полной скорости. Ускорение и затухание должны учитываться при оценке эффективности лазерной резки.

Проектируйте детали в соответствии с требованиями процесса лазерной резки

Частая ошибка — предполагать, что ширина проката настолько узка, что незначительна. Лазеры создают невероятно тонкие резы — обычно 30–300 микрон, в зависимости от мощности, настройки и процесса — но эти ширины все равно нужно учитывать в дизайне резки, чтобы полученная деталь оставалась пригодной для предназначенного применения.

Еще один критичный аспект дизайна — таббирование (tabbing), или использование микро-соединений для поддержки мелких деталей. Высокодавленное газ в плавленной резке требует, чтобы детали могли выдерживать свой вес, что часто сводится к толщине детали. Обычно толщины 2–3 мм и более подходят без таббирования, но если толщина менее 2 мм, дизайнерам может потребоваться добавить микро-соединения для стабилизации детали во время резки и предотвращения смещения давящим газом. Это также предотвращает потерю и облегчает извлечение мелких деталей из станка. Эти вкладки легко удаляются при постобработке.

Соблюдайте критические требования безопасности

Безопасность — высший приоритет в производстве. Только обученные профессионалы должны использовать лазерное оборудование. В зависимости от материала процесс также может выделять вредные и токсичные газы, поэтому применение оборудования для контроля загрязнения воздуха, соответствующего нормам, критически важно.

Лазерная резка: каждая деталь определяет эффективность

При правильном использовании станки для лазерной резки металла обещают точность, прецизию и эффективность. Хотя сложные соображения по материалу и дизайну означают, что продуктовые команды и инженеры должны уделять немного больше времени на этапе проектирования для оптимизации дизайнов под производство, качество получаемых деталей обычно говорит само за себя. Чтобы обеспечить производство деталей с наивысшим качеством и скоростью, рассмотрите партнерство с экспертом по онлайн-производству.

Fast Radius предоставляет высококачественные услуги онлайн-производства: от лазерной резки и уретанового литья до литья под давлением и 3D-печати. Тщательно работая с клиентами на каждом этапе производства, наша команда опытных дизайнеров и инженеров обеспечивает комплексную поддержку. От проектирования до постобработки и исполнения мы организовали рабочий процесс для создания высококачественных деталей, которые клиентам нужны, когда они нужны. Готовы начать? Свяжитесь с нами сегодня.