Талшықты лазерлік кесу машинасы қандай материалдарды тиімді өңдей алады?

Талшынды лазер кесу машиналары металдарды өңдеуде қалай үздік нәтижелер көрсететіні

Түсіну Талшықты лазерлік кесу машиналары және Металл өңдеудегі басымдылығы

Талшықты лазерлік кесу машиналары барлық металл өңдеу цехтары үшін ойын өзгертті, себебі олар микронға дейінгі өте ұсақ детальдарды өңдеуге қабілетті ерекше шоғырланған, күшті лазерлік сәулелер шығарады. Бұл жүйелердің ерекшелігі - электр энергиясын пайдаланылатын жарық энергиясына айналдыру тиімділігі 95 пайызға жуық, бұл ескі CO2 лазерлік технологиясынан екі есе жоғары. Нақты кесу жылдамдығы жағынан айтсақ, 2023 жылғы Фабрикациялық технологиялар туралы есепте келтірілген деректерге сәйкес, талшықты лазерлер металлды оттегі кесу әдістерінен отыз есе тезірек кese алады. Мұндай жылдамдықтың арқасында зауыттар сапаны төмендетпей өнімдерді көбірек шығаруға қабілетті, сондықтан талшықты лазерлер шығару көлемін арттырмақшы болып жатқан өндірісшілер үшін тиімді инвестиция болып табылады.

Кесу тиімділігі мен сапасына әсер ететін лазер параметрлері: Қуат, Жылдамдық және Дақ өлшемі

Оптимальды кесу өнімділігі үш негізгі параметрді теңгеруге тәуелді:

• Қуат (1-20 кВт): Жоғары ватт көрсеткіштері қалың материалдарды өңдеуге мүмкіндік береді, бірақ энергия шығындарын арттырады
• Жылдамдық (0-50 м/мин): Жұқа парақтар (<10 мм) сапасын жоғалтпай 30 м/мин жылдамдықпен кесуге болады
• Нүкте өлшемі (10-100 мкм): Кіші диаметрлер (<30 мкм) қиырлардың сапасын жақсартады, бірақ сәулені дәл баптауды талап етеді

Бұл параметрлерді динамикалық түрде реттейтін AI-көмектесетін жүйелер 18-22% жоғары өнімділік көрсетеді , 2024 жылғы Лазерлі өңдеу туралы зерттеу деректері бойынша.

Өнеркәсіптік қолданбаларда талшықты лазер кесу үшін материалдың қалыңдық шектері

Қазіргі заманғы талшықты лазерлер әртүрлі өнеркәсіптік материалдармен жұмыс істеуге ыңғайлы:

• Көміртегі болат: 0,5-40 мм (1 кВт-20 кВт жүйелері)
• Қызылтас: 0,3-30 мм азот көмегімен
• Алюминий қорытпалары: 0,5-25 мм импульсты модуляцияны қолдану арқылы

Ерекше айтқанда, 6 кВт жүйелері қазір 1,2 м/мин жылдамдықпен 25 мм тұтас болатты кеседі— 300% арзан 2019 жылғы көрсеткіштерге қарағанда тез дамып келе жатқан мүмкіндіктерді көрсетеді.

Жылумен әсер етілген аймақ (JAZ) және өткізгіш металдардағы жылу зақымдануы

Талшынды лазерлер CO2 лазерлерімен салыстырғанда жылу әсерінен аймақтың енін 60-тан 80 пайызға дейін азайта алады. Бұл әсіресе аз ғана жылу зақымданулары маңызды болып табылатын әуе-кеңістік бөлшектерін жасау үшін өте маңызды. Пульсті режимді пайдаланған кезде тік құрылыстағы болат материалдар үшін температура 350 градус Цельсийден аспайды. Бұл металлдың құрылымдық қасиеттерін сақтап, оның сапасын жақсартуға көмектеседі. Мысалы, 304L тік құрылыстағы болатты қарастырайық. 3 киловаттты талшынды лазермен кесу нәтижесінде жылу әсерінен аймақ 0,08 миллиметрден ғана тұрады, ал ескірген CO2 лазерлік технологиялар шамамен 0,25 миллиметр жылу әсерінен аймақ қалдырады. Бұл айырмашылықтар өте кіші болып көрінсе де, дәлдікті өндіру қолданбаларында үлкен айырмашылық жасайды.

Талшынды лазерлердің CO2 лазерлерімен салыстырғандағы артықшылығы

Талшынды лазерлер CO2 лазерлерінен үш негізгі жағынан асып түседі:

1. Пайдалану шығындары: кесу бірлігіне 70% аз энергия тұтыну
2. Қызмет сүрінуі: Тежеу уақытын 15% азайтатын, реттеуге деген қажеттілікті жоятын айна жоқ 45%
3. Жұқа материал жылдамдығы: 4-6 есе тезірек 6 мм-ден қалың емес беттерде

Құрылымдық болат үшін бұл келесіге айналып отырады 18-22 доллар/сағ үнемдеу орташа күшті болатты өңдеу кезінде 6 кВт қуатты жүйелерде (2024 жылғы металл өңдеу саласындағы тиімділік туралы зерттеу).

Көміртекті және нержавеющий болат: негізгі өнеркәсіптік қолданулар

Талшықты лазерлік энергияға Неліктен көміртекті болат жақсы жауап береді

Болаттағы көміртегінің мөлшері 0,05% -дан 2,1% -ға дейін болса, ол 1070 нм талшынды лазерлік толқын ұзындығын өте жақсы жұтады. Басқа көптеген металдар осы энергияның көп бөлігін шағылыстырып жібереді, бірақ көміртекті болат оған түсетін энергияның шамамен 95% -ын кесу процесіне жұмсайды. Сол себепті 1 мм қалыңдықтағы парақтарды минутына шамамен 40 метр жылдамдықпен кесуге болады, бұл өнеркәсіптегі қолданбалар үшін өте жылдам. Дәлдік маңызды болатын автомобиль рамалары мен ғимарат конструкциялары сияқты заттар үшін материал өте жақсы жұмыс істейді. Тағы бір үлкен артықшылық – талшынды лазерлер 20 мм қалыңдығынан аспайтын көміртекті болат бөлшектермен жұмыс істеген кезде дәстүрлі плазмалық кесу әдістеріне қарағанда шамамен 30% аз қуат тұтынады. Бұл өндірістік операциялар барысында уақыт өте келе энергия үнемдеуге әкеледі.

Қарапайым және жоғары көміртекті болатты кесу үшін лазердің оптимальды параметрлері

Параметр	Қарапайым болат (0,1-0,3% C)	Жоғары көміртекті болат (0,6-1,0% C)
Күш (В)	2,000-3,000	3,500-4,500
Темп (м/мин)	6-10 (6 мм үшін)	2,5-4 (6 мм үшін)
Көмекші газ	Оттегі (тотықтырғыш)	Азот (бейәрекетті)

Жоғары көміртекті болаттар қаттылығы артқаны үшін жоғары қуат талап етеді, ал оттегі қосымшасы қарапайым болатты кесу процесін жылдамдатады. Азот құрал жасау үшін қолданылатын болаттарда шеттерінің тоттануын 72%-ға дейін азайтады, сонымен қатар кесуден кейін өңдеуге ыңғайлылығын сақтайды. Бұны 2023 жылғы өнеркәсіптік зерттеу дәлелдеді.

Тот баспайтын болатты дәл кесу және коррозияға тұрақтылығын сақтау

Талшықты лазерлер кесу енін 0.1 мм мм-ден кем көрсетеді тұзды суға тұрақтылығының 98% жону арқылы алынған бөлшектермен салыстырғанда.

Аустенитті және мартенситті болат түрлерінде қыздыру аймағын азайту

Иірімді талшықты лазерлер қыздыру аймағын <50 µм 20-50 кГц жиіліктерінде айналдыру арқылы сезімтал 316L аустениттік болаттан жасалған. 410 сияқты мартенситтік маркалар үшін жылу әсерінің тар болуы қиықтан кейінгі түзету температурасын (150-370°C) қалпына келтіреді. 2024 жылы жасалған талдау талшынды лазерлер HAZ-байланысты қалдықтардың қарқынын азайтатынын көрсетті 19%әуе-кеме өндірісіндегі СО2 лазерлерімен салыстырғанда

Алюминий мен басқа да жарқын емес металлдарды кесу

Талшынды лазерлік кесу машинасымен алюминийді өңдеудің қиындықтары жарқындыққа байланысты

Алюминийдің 95% шамасындағы жоғары шағылысу қабілеті мен 200 Вт/м К болатын ыстық өткізгіштігі өндірушілер үшін нақты қиындықтар туғызады. 1 микрон толқын ұзындығында жұмыс істейтін талшықты лазерлер CO2 жүйесіне қарағанда шағылысуды азайтса да, әуе-космостық материалдарда кездесетін өте тегіс беттер лазерлік оптикалық компоненттерге зиян келтіретін жеткілікті энергияны қайтарып жіберуі мүмкін. Қажетті болатқа қарағанда алюминий тез суытатындықтан тілім жасау үшін 20-30% артық қуат тығыздығы қажет. 1100 сериялы таза алюминийді өңдеу 6061 Т6 қорытпасы сияқты қатайтылған түрлеріне қарағанда әлдеқайда қиын. Біз соңғы кездері пішімдеу цехтарымен сөйлесіп тапқанымыз бойынша, осындай қатайтылған қорытпалар лазерлік сәулені жақсы жұтады және кесу процесі кезінде көп есе аз дросс тудырады.

Таза және сенімді алюминий кесу үшін импульсты модуляция мен көмекші газ стратегиялары

1-ден 8 мм-ге дейінгі қалыңдықтағы алюминий жапырақтарымен жұмыс істеу туралы айтқанда, импульстың өзгергіш пішіндеуі нақты айырмашылық жасайды. Әсіресе, жыл бұрын Material Processing Journal журналында жарияланған зерттеуге сәйкес, үздіксіз толқындарды қолданумен салыстырғанда, 1-ден 5 кГц-ке дейінгі жиілікпен импульсті жіберу режимін қолданған кезде, бұл техника балқыту басындағы ылғалдың толқуын шамамен 18 пайызға төмендетеді. Қайта қалпына келтіру үшін құрылыстарға, мысалы, қайықтар мен автомобильдерде қолданылатын бөлшектерге 15-20 бар аралығындағы қысымда азот көмегін газ ретінде қосу үлкен пайда әкеледі. Бұл оттегінің қосылыстарының түзілуін болдырмауды және балқыған материалды тиімді түрде шығарып тастауды қамтамасыз етеді. Кейбір өндірушілер азотпен кесуді оттегімен қабырғалардың жабылуын қамтамасыз ететін екі газды жүйелерде ұштастырып жатыр. Бұл тәсіл электрлік көлік бөлшектеріне деген сұраныстың өсу қарқынын ескере отырып, аккумуляторлық тақталар өндірісін шамамен 12 пайызбен жылдамдатты.

Талшықты лазерлер қалың алюминийді кese ала ма? Өнеркәсіптік сенімсіздікті шешу

Ең соңғы жетістіктер талшынды лазерлердің 25 мм қалыңдықтағы алюминийді кесуге мүмкіндік беретінін көрсетті, бұл бұрын 15 мм шамасында қол жетімді деп саналатын шекті асып түсті. 12 кВт жүйесін қолданып, сонымен қатар динамикалық сәуле тербелістерін қолдана отырып, 5083 теңіз сортты алюминийдің 20 мм қалыңдығын 0,8 метр/мин жылдамдықпен, 0,1 мм дәлдікпен өңдеуге болады. Бұндай өнімділік бұрын тек плазмалық кесу арқылы ғана қол жеткізілетін нәтиже болатын. Бірақ 12 мм қалыңдықтан асатын материалдармен жұмыс істегенде, операторлар 40-50 микрон аралығындағы тербеліс үлгілерін пайдаланып, кесу бетінде пайда болатын конустылықты болдырмау үшін әдісті өзгертуі қажет. Бұл өзгерістер газ шығынының шамамен 35% артуына әкеліп соғады. 30 мм қалыңдықтан асатын пластиналар үшін СО2 лазерлері әлі де басым. Алайда, 20 мм қалыңдықтан төменгі алюминийді өңдеумен айналысатын өнеркәсіптің көпшілік салаларында талшынды лазерлік жүйелер қазіргі таңда өңдеу талаптарының әрбір бес талабының төртеуін қамтиды.

Жоғары берікті қорытпалар: қиындық туғызатын өнеркәсіптердегі титан мен инконель

Титан мен инконельмен үйлесімді талшықты лазер кесу машинасы

Титан мен никель негізіндегі суперқорытпалар сияқты қатты материалдармен жұмыс істеу туралы айтқанда, біз инконель деп атайтын, талшықты лазерлер өзінің 1,08 микрометрлік толқын ұзындығы арқасында шынайы жақсы нәтижелер көрсетеді. Бұл материалдар осындай лазерлік жарықты CO2 лазерлік сәулелеріне қарағанда шамамен 47 пайызбен жақсы сіңіреді, соның арқасында барлық процесстер әлдеқайда тиімді болып табылады. Тиімділікті айтқанда, титанның жылу өткізгіштігі жақсы емес (тек 7,2 Вт/м Кельвинге дейін), сондықтан лазер энергиясын тарату орнына жеткізе алады, кеңінен тарай алмайды. Ал инконель бөлшектері үшін азотты қорғаныш газы ретінде пайдаланып кесу кезінде тағы бір артықшылық туындайды. Осы процесстің өзінде материал тоттандыруға тұрақты болып қалады, яғни таза кесілімдер мен сапа көрсеткіштеріндегі кейбір кемшіліктерді болдырмауға болады.

Титан лазерлік кесу кезіндегі термиялық кернеуді басқару

Басқарылатын импульсты модуляция әуе-космостық құрылғыларда қолданылатын титанда жылу кернеуін азайтады 25%, маңызды бөлшектерде микросынықтардың пайда болуын болдырмау үшін. Алдыңғы желілерде температураны 400°C төмен сақтау үшін оттегісіз көмекші газдармен <8 мс импульстер қолданылады — медициналық имплантаттар мен турбина жапырақтары үшін маңызды 750 МПа жоғары тозуға тұрақтылықты сақтау.

Әуе-космостық ұшақ двигателі бөлшектеріне арналған Inconel 718-ді дәл кесу бойынша жағдайлық зерттеу

6 кВт талшықты лазер ±0,05 мм дәлдікпен 2024 жылғы Springer Materials Science журналында жарияланған зерттеуде көрсетілгендей, 4,2 м/мин жылдамдықпен Inconel 718 отын жанғыштырғыш реттелінушілерін кеседі. Азотпен көмектесу процесі сигма фазасының тұндырылуын болдырмайды, 980°C температурада серпімділікті сақтап, әуе-космостық AS9100 сапа стандарттарына сай келеді.

Қалың жоғары өнімділікті қорытпаларды өңдеуге мүмкіндік беретін жетістіктер

Коллиматорлық оптика мен газ динамикасы саласындағы жаңалықтар талшықты лазерлердің қазіргі уақытта қорытпаларды кесуге мүмкіндік береді 25 мм титан пластиналар 0,8 м/мин жылдамдықпен <0,3 мм кесу аралығы — плазмалық жылдамдықпен бәсекелесіп, Ra 12,5 мкм бет өңдеуін қамтамасыз етеді. Динамикалық фокустық ұзындықты реттеу көп қабатты әуе-кеңістік бөлшектеріндегі материалдың қабатталуын компенсациялайды, сонымен қатар қол жетімді қолдануларды 2022 жылдан бастап 35%-ға дейін .

Болашақтағы даму бағыттары: Талшықты лазерлік материал өңдеудің шектеулерін кеңейту

Дәстүрлі металдардан тыс пайда болып жатқан қолданулар

Қазіргі кезде талшықты лазерлер қатты материалдармен жұмыс істеу үшін маңызды құралға айналды. Олар көміртегі қоспалармен, қиын керамикалық-металл қоспалармен және ұшақтардағы жылу қорғанысы жүйелері үшін қажетті қабатты құрылымдарды өңдеуді қамтамасыз етеді. Ерекше көзге түсетіні – олардың көміртегі пластмассаларды өңдеуі және жылу әсер ететін аймақтың бетінде бар болғаны 0,1 мм қалдыруы. Бұл дәлдік дәрежесі электр көліктерінің соңғы буыны үшін аккумуляторлық қораптар жасауда өндірушілерге қажетті нәрсе болып табылады. 2033 жылға дейінгі қосымша шығарылым кезінде талшықты лазерлерді пайдалану әр жылы шамамен 18 пайызға дейін артатын болады деп күтілуде. Негізгі себеп болып түрлі салаларда титаннан күрделі бөлшектерді үш өлшемді басып шығару технологиясына деген сұраныстың артуы табылады.

Күрделі материалдарды өңдеу жоғары дәлдікті өндіруде

Производительдер роботтық пісіру және қаптау жүйелерімен талшынды лазерлерді интеграциялау арқылы бір ғана машиналық өндірістік ұяшықтарды жасап жатыр. 2023 жылғы талдау гибридті жүйелер көп материалды құрастыру үшін шығындарды 34%қысқартатынын көрсетті. Бұл интеграциялау алюминийден жылу шығаратын радиаторларды кесу мен күш электроникасындағы мыс шинкаларды пісіруді бір мезгілде орындауға мүмкіндік береді — бұрын үш бөлек процеске қажетті тапсырмалар.

Көп материалды өндіріс жолдары үшін ақылды параметрлерді бейімдеу

Әртүрлі материалдар қолданылған кезде өз қуатын 2 кВт-тан 12 кВт-қа дейін автоматты түрде реттей алатын және 15-25 бар аралығындағы көмекші газ қысымын басқара алатын, жасанды интеллектпен жабдықталған талшықты лазерлер. 2022 жылы жүргізілген сынақтар кезінде қалдықтарды 41% дейін азайтқан Интернет заттары арқылы байланысқан жүйелер. Бұл ақылды жүйелер материал қалыңдығындағы өзгерістерді уақытылы анықтау арқылы мүмкін болды. Әртүрлі материалдан жасалған беттерді кесу траекториясын анықтауда дәстүрлі әдістерге қарағанда машиналық оқыту алгоритмдері жақсы нәтиже көрсетеді. Автокөлік өндірушілері шасси бөлшектерінен 98% дейінгі материал пайдалану нәтижесіне қол жеткізгенін хабарлады, бұл кәдімгі орналастыру бағдарламаларының нәтижесінен 22 пайызға артық.

Сұрақтар мен жауаптар бөлімі

Талшықты лазерлі кесу машиналары неліктен CO2 лазерлеріне қарағанда тиімдірек?

Талшынды лазерлер электр энергиясын жарық энергиясына айналдыру бойынша 95% дейін тиімді, бұл ескі CO2 лазерлік технологиялардың тиімділігінен екі есе артық. Бұл кесу жылдамдығын арттырып, пайдалану құнын төмендетеді.

Талшынды лазерлер 20 мм қалыңдығынан асатын материалдарды кese ала ма?

Иә, соңғы жетістіктер талшынды лазерлердің әсіресе алюминий мен титаннан тұратын 25 мм қалыңдықтағы материалдарды кесуге мүмкіндік береді, бұл өнеркәсіптің әртүрлі салаларында қолдануға сәйкес.

Талшынды лазерлер жылу әсерінен аймақты қалай азайтады?

CO2 лазерлерімен салыстырғанда талшынды лазерлер жылу әсерінен аймақтың енін 80% дейін азайтады, бұл әсіресе әуе-кеңістік жасауда дәлдікті сақтау үшін маңызды.

Талшынды лазерлер алюминий кесуге сәйкес пе?

Талшынды лазерлер алюминийді, әсіресе қатайтылған қорытпаларды, шағылыстыру мен термиялық зақымдануды азайту үшін импульсты модуляцияны және азот көмегімен газ стратегиясын қолданып тиімді кесе алады.