Лазерная резка. Предыстория, преимущества. Подробное описание.

Предыстория

За 40 лет со времени изобретения технологии лазерной резки сфера ее применения, и создание различных видов лазеров достигли внушительных масштабов.

Менее двух лет после появления первого лазера понадобилось специалистам американской фирмы «Спектра физикс», чтобы разработать и выпустить первые образцы коммерческих лазерных установок. За все это время создано такое количество типов лазеров, что их трудно перечислить. Среди них установки, поражающие не только своими возможностями, но и размерами. Это микроскопический, размером всего в несколько микрон, лазер, который считается самым миниатюрным в мире, и огромная 137 –ми метровая «Нова» - лазерная установка в американской Национальной лаборатории Ливермора, общая мощность которой составляет 1014 Вт. Она применяется при термоядерном синтезе для облучения смеси дейтерия и трития. Еще более мощный лазер, рассчитанный на 1012 Вт, находится в институте Макса Планка. Это йодный «Астерикс», через оптический резонатор которого пропускают излучение фотовспышек.

Но область применения лазеров и созданной на их основе техники намного шире, чем многообразие их схем и конструкций. Лазерная техника применяется в сотнях различных областей науки и промышленности, но самой востребованной сегодня является лазерная обработка всевозможных материалов. Эта технология использует, главным образом, тепловое воздействие излучения лазера.

Сфера использования лазерной техники значительно расширилась после создания в 70-х годах прошлого века лазеров с газообразной активной средой, работающих в непрерывном режиме, мощность которых составила более 1 кВт. С этого момента появилась возможность внедрения технологии обработки материалов лазером в таких отраслях промышленности, как микроэлектроника, металлургия, машиностроение и т.д. благодаря уникальной способности лазера обрабатывать различные по свойствам и строению материалы, при этом производительность обработки значительно увеличивается, по сравнению с другими методами.

Такой результат получается за счет высоких показателей плотности мощного лазерного излучения, которая, как в непрерывном, так и в импульсном режиме существенно превосходит остальные источники энергии (до 109 и 1016 Вт/см2 соответственно). При этом обрабатываемые материалы получают качественно новые свойства.


Если рассматривать луч лазера, как источник энергии, то он, наряду с особенностями, присущими всем высококонцентрированным источникам, имеет и специфические преимущества, которые можно разделить на две крупные категории:

- локальность и высокая плотность подводимой энергии

Благодаря этому можно производить обработку не всего объема, а лишь определенного участка материала. Поэтому нагревается только конкретный участок, а остальная часть сохраняет структуру и свойства неизменными, снижая риск коробления деталей. В этом заключаются технологические и экономические преимущества данного метода. Кроме того, за счет высокой плотности подводимой энергии, нагрев и охлаждение материала происходят очень быстро при кратковременном воздействии. Это дает возможность уникальным образом изменить свойства и структуру обрабатываемой поверхности.

- технологичность

Это качество открывает широкие возможности для автоматизации процесса обработки, регулирования ее параметров в большом диапазоне режимов, обработки материала без механического воздействия на него, проведения операций на открытом воздухе, исключения вредных отходов, транспортировки луча и т.д.

Таким образом, теперь доступны многие технологические процессы и возможность применения большого числа способов обработки материалов, нереальных при использовании других инструментов (наплавка, сварка, закалка, маркировка, резка и т.д.)

Создание высокотехнологичного, надежного, экономичного лазерного оборудования стало началом возникновения принципиально новой технологии – обработки материалов с помощью лазерного излучения.

В настоящее время во многих отраслях промышленности начинают внедряться новейшие разработки из области лазерных технологий, что способствует ускорению научно-технического прогресса и более интенсивному развитию промышленного производства. Уже проведено огромное количество исследований по применению лазерного излучения для обработки материалов, наработан практический опыт использования лазерной техники на различных производствах, определены главные направления научных разработок в этой сфере.


Рассмотрим особенности применение лазерной обработки материалов в конкретных технологических процессах.

Резка металлов.

Одним из наиболее востребованных в промышленности технологических процессов обработки является резка лазером по сложному контуру листов стали толщиной до 0,6 см.

Этим способом вырезают такие сложные детали, как кронштейны, прокладки, панели, двери, приборные щитки, дисковые пилы, декоративные решетки. Возможность быстрой перенастройки лазерного оборудования позволила повысить эффективность освоения производства новых фигурных изделий.

Как показала практика, в этом случае лазерная резка существенно экономичнее применения для этих же целей эрозионной проволоки и водяной струи. В последнее время все быстрее развивается обработка пространственных изделий с вовлечением в этот процесс роботов-манипуляторов. При проведении данных операций луч лазера в обрабатываемой зоне может передаваться по оптоэлектронному проводнику.

РАЗДЕЛЫ