Как да изберем лазерни машини за рязане при малкосерийна металообработка?

Влакно срещу CO2 Машини за лазерно рязане : Съпоставяне на технологията според метала и обема

Защо влакнестите лазери доминират при рязане на метали в малки серии: ефективност, работа с отразяване и заето пространство

Влакно лазерните резачи наистина се отличават при работа с малки количества метални части. Тези машини имат здравословна конструкция, която ги прави значително по-ефективни в сравнение с традиционните газови CO2 системи, често спестявайки около 35% или повече от сметките за електроенергия. Един голям плюс е начина, по който обработват отразяващи материали като мед и алуминий, без да причиняват повреди от досадните обратни отражения, така че няма нужда да харчите допълнителни пари за специални антиотражателни покрития за лещите. Освен това тези лазери заемат значително по-малко място на работната площадка, като понякога намаляват изискванията за площ почти наполовина, което е от голямо значение в стеснени работилнични условия. При по-тънки стоманени листове с дебелина под 6 мм, фиброптчните лазери обикновено пронизват материала около 30% по-бързо в сравнение с по-старите CO2 модели, което означава, че прототипите се завършват по-бързо и производствените серии могат да бъдат реализирани по-рано.

Когато CO2 лазерите остават релевантни: хибридни материали и изключения при дебели метали

Все още има ситуации, при които CO2 лазерите са уместни, въпреки наличието на по-нови алтернативи. Един такъв случай е при работа с материали, които не са изцяло метални, а съдържат и други компоненти. Вземете например онези гумени уплътнения с метална основа. CO2 лазерът се абсорбира по-добре от неметалните части в тях, в сравнение с възможностите на влакнестите лазери. Друг сценарий включва работа с много дебели стоманени плочи над 15 мм. Тук по-дългата вълна на CO2 лазера — около 10,6 микрона — прави истинска разлика. Рязането излиза по-право и със значително по-малко стесняване по ръбовете, което е от голямо значение за детайли, които трябва правилно да поемат натоварване. Топлинните проблеми също са фактор. При продължителни операции върху дебели плочи CO2 системите обикновено остават стабилни часове наред, без да се отклоняват от курса, за разлика от влакнестите лазери, които понякога губят точността си при прегряване.

Развенчаване на мита за 'само влакно': гъвкавост в среди за прототипиране със смесени материали

Това какво работи най-добре всъщност зависи от вида материали, които се използват всеки ден, а не от това да се придържаме към някаква технологична тенденция. Мастерски, които постоянно превключват между различни материали, като тези, които изработват прототипи за самолети с алуминиеви части, титанови компоненти и композитни материали, често установяват, че е разумно да поддържат и двете лазерни системи в действие. Влакнестите лазери са отлични, когато трябва да се направят бързи промени по метални парчета, но когато се нуждае акрилова матрица или някоя изолационна полимерна част, наличието на CO2 система на място спестява главоболия, вместо да се чака външен доставчик. Според някои доклади от FMA, които следят тези неща, комбинирането на двете технологии намалява времето за изчакване с около 22% за сложни конструкции. Такава разлика в скоростта се натрупва с времето в натоварени производствени среди.

Съразмеряване на лазерната мощност спрямо дебелината на материала и изискванията за партиди

Съпоставяне на изходна мощност от 1–6 kW с често използвани метали: стомана, неръждаема стомана, алуминий, мед и месинг

Правилната лазерна мощност се определя като се има предвид вида материал и неговата дебелина. Въглеродната стомана, която не е отразяваща и е под 4 мм, обикновено се обработва добре с лазери с мощност между 1 и 2 kW. При неръждаемата стомана с дебелина до 6 мм нещата стават по-сложни, а още по-трудно е с лъскавите метали като алуминий и мед, които изискват около 3 до 4 kW, тъй като отразяват много светлина и провеждат топлината по различен начин. При по-дебели материали с дебелина от 10 до 20 мм, увеличаването на мощността до 4–6 kW помага да се запази доброто качество на рязане. Внимавайте обаче с медта и месинга – тези метали изискват около 20 до 30 процента повече мощност в сравнение с обикновената стомана при еднаква дебелина, тъй като не задържат енергията толкова ефективно. Намирането на баланс между настройките на мощността и поведението на материалите прави голяма разлика, за да се избегнат проблеми като остатъчен шлак, нежелани петна от оксидация или резени, които не са напълно отделени.

Намаляващите възвръщаемости от висока мощност: защо 3 kW често надминава 6 kW при тънки материали и малки обеми

При работа с дебели метали тези мощните 6 kW лазери вършат достатъчно добре работата, макар че имат тенденцията да губят много енергия при по-тънки материали с дебелина три милиметра или по-малко. Превключването към модел с 3 kW всъщност разрязва тънките листове точно толкова бързо, но спестява около 25 до 30 процента от електроенергийните разходи. Има и още едно предимство: по-ниската мощност означава, че по-малко топлина се предава в заобикалящия метален участък, така че критичните компоненти запазват своите структурни свойства след рязане. Магазините, обработващи по-малки серии под петдесет броя, ще забележат реални икономии с времето благодарение на по-малкото използване на подпомагащ газ и по-редки нужди от профилактични проверки. Освен това оборудването от средния клас осигурява гъвкавост за производствени цехове, позволява по-бързо стартиране на процесите на пробиване и по-лесно превключване между различни типове детайли, без да се губи значителна продуктивност.

Постигане на прецизност и качеството на ръба при сложни геометрии с нисък обем

Управление на ширината на реза, коничността и зоната, засегната от топлина (HAZ), за прототипи с тесни допуски

Постигането на висока прецизност при прототипи в малки серии зависи от едновременното управление на три основни фактора: ширината на реза (керф), ъгъла на коничността и размера на зоната, засегната от топлина около реза. Когато се работи с части, изискващи тесни допуски като ± 0,1 mm, което е стандарт за аерокосмически части или медицински устройства, съвременните влакнесто-лазерни системи могат да извършват резове с ширина само 0,1 mm дори в неръждаема стомана с дебелина 3 mm. Коничността остава под 0,5 градуса благодарение на настройките за промяна на фокуса по време на рязане. Смяната на помощния газ от кислород на азот също има голямо значение — тя намалява зоната, засегната от топлина, с около 70%. Това е от решаващо значение при работа с титанови сплави, където запазването на устойчивостта на умора след рязане е абсолютно задължително за дългосрочната експлоатационна издръжливост.

Адаптивен софтуер компенсира отклонението при рязане по време на сложни режими, осигурявайки остри вътрешни ъгли и точност на ниво микрони. Прецизната настройка на честотата на импулса предотвратява образуването на шлака върху тънки метали, докато оптимизираните методи за пробиване елиминират микропукалини в медни сплави, превръщайки лазерното рязане в малки серии в жизнеспособно решение за критични прототипи.

Оптимизиране на автоматизацията и софтуера за прекъсвачно производство в малки партиди

Опростяване на работните процеси: софтуер за оптимално разполагане, интеграция на CAD/CAM и настройки с едно кликване за партиди под 10 части

Когато се работи върху онези периодични малки серии от метални части, лазерните рязачни машини се нуждаят от специален софтуер, за да извличат максимална ефективност при намаляване на разходите за бройка. Днес програмите за подреждане (nesting) са доста умни по отношение на това как поставят компонентите върху листовия метал, което значително намалява отпадъчния материал, дори и когато се произвеждат само няколко изделия едновременно. Някои цехове съобщават икономия от около 20% по материали по този начин. Прехвърлянето на проекти от CAD в CAM системи днес работи гладко, така че няма нужда ръчно да се въвеждат всички тези сложни форми в машината. Просто импортирайте файла и стартирайте процеса. А сега да поговорим за времето за настройка. С един клик операторите могат да възстановят предишните настройки, което спестява часове, обикновено прекарани в коригиране на параметрите между различните поръчки. За серии под десет броя това прави огромна разлика. Цялата тази автоматизация помага за поддържане на високо качество между отделните партиди, ускорява производството и позволява на по-малките цехове да конкурират по цена, без да жертват точността или последователността от детайл до детайл.

Часто задавани въпроси

Какви са предимствата на фибролазерните рязачки пред CO2 системите?

Фибролазерните рязачки са по-ефективни, по-добре обработват отразяващи материали без повреди и заемат по-малко пространство в сравнение с CO2 системите. Те също работят по-бързо при рязане на по-тънки стоманени листове.

В какви случаи все още се предпочитат CO2 лазерни системи?

CO2 лазерите се предпочитат за материали, които включват неметални компоненти, като гумени уплътнения с метал, и за дебела структурна стомана над 15 мм, където по-дългата им вълна осигурява по-качествени резове.

Как влияе лазерната мощност върху рязането?

Лазерната мощност трябва да съответства на типа и дебелината на материала. По-ниска мощност е подходяща за по-тънки материали и помага за намаляване на разходите и топлинния пренос, докато по-висока мощност е необходима за по-дебели материали.

Защо е полезно комбинирането на фибро и CO2 лазерни системи?

Комбинирането на двете системи осигурява по-голяма гъвкавост за работилници, които обработват разнообразни материали, ускорява сложните изработки и позволява прототипиране на различни компоненти без нужда от външни доставчици.

Как автоматизацията и софтуерът могат да оптимизират производството в малки серии?

Софтуер за оптимално разполагане, интеграция на CAD/СAM и автоматизирана подготвка спестяват време, намаляват отпадъците от материали и опростяват работните процеси, подобрявайки ефективността и позволявайки на малките работилници да останат конкурентни.