Як вибрати лазерні установки для різання при малій серії металообробки?

Волоконний проти CO2 Лазерні машини для різання : Підбір технології під метал і обсяг

Чому волоконні лазери домінують у різанні металу невеликими партіями: ефективність, обробка відбиття та компактність

Волоконне лазерні різаки справді виокремлюються при роботі з невеликими обсягами металевих деталей. Ці машини мають надійну конструкцію, що робить їх набагато ефективнішими, ніж традиційні газові системи CO2, часто економлячи близько 35% або більше на рахунках за електроенергію. Однією з великих переваг є те, що вони легко справляються з відбивними матеріалами, такими як мідь та алюміній, не завдаючи шкоди від неприємних зворотних відбиттів, тому немає необхідності витрачати додаткові кошти на спеціальні антирефлексні покриття для лінз. Крім того, ці лазери займають значно менше місця на виробничій ділянці, іноді скорочуючи необхідну площу майже вдвічі, що має велике значення в умовах тісних цехів. При роботі з тонкими сталевими листами товщиною менше 6 мм волоконні лазери, як правило, працюють приблизно на 30% швидше, ніж старіші моделі CO2, що означає, що прототипи виготовляються швидше, а виробничі партії можна випускати раніше.

Тоді, коли лазери CO2 залишаються актуальними: гібридні матеріали та винятки з товстого металу

Досі існують ситуації, коли лазери CO2 є доцільними, незважаючи на новіші альтернативи. Один із таких випадків — робота з матеріалами, які містять не лише метал, а й інші компоненти. Візьмемо, наприклад, гумові ущільнювальні прокладки з металевим каркасом. Лазер CO2 краще поглинається цими неметалевими частинами, ніж це можуть забезпечити волоконні лазери. Інша ситуація пов'язана з обробкою дуже товстих конструкційних сталевих плит понад 15 мм. Тут більша довжина хвилі лазера CO2 (близько 10,6 мкм) має суттєве значення. Різи виходять рівнішими, з набагато меншим скісом по краях — це важливо для деталей, які мають правильно сприймати навантаження. Ще одним фактором є теплові проблеми. Під час тривалих операцій на товстих плитах системи CO2 зазвичай залишаються стабільними протягом годин, не втрачаючи точності, на відміну від волоконних лазерів, які іноді «відхиляються» при перегріванні.

Спростування міфу про «лише волокно»: гнучкість у середовищах прототипування зі змішаними матеріалами

Що працює найкраще, залежить від того, які матеріали використовуються щодня, а не від слідування певній технологічній тенденції. Майстерні, які постійно перемикаються між різними матеріалами, наприклад, виконуючи роботи з прототипування літаків із алюмінієвими деталями, титановими компонентами та композитними матеріалами, часто вважають доцільним використовувати обидві лазерні системи одночасно. Волоконні лазери чудово підходять для швидкого оброблення металевих виробів, але коли потрібен акриловий шаблон або деталь із ізолюючого полімеру, наявність CO2-системи на місці допомагає уникнути проблем замість очікування на сторонніх постачальників. Згідно з деякими даними від FMA, організації, яка відстежує ці показники, поєднання обох технологій скорочує час очікування приблизно на 22% для складних конструкцій. Така різниця в швидкості з часом має велике значення в інтенсивному виробничому середовищі.

Підбір потужності лазера залежно від товщини матеріалу та обсягів партії

Співвідношення вихідної потужності 1–6 кВт із поширеними металами: сталь, нержавіюча сталь, алюміній, мідь та латунь

Правильна потужність лазера визначається типом матеріалу та його товщиною. Для вуглецевої сталі, яка не є відбивною і має товщину менше 4 мм, зазвичай достатньо лазера потужністю від 1 до 2 кВт. З нержавіючою сталью товщиною до 6 мм справи ускладнюються, а такі дзеркальні метали, як алюміній і мідь, потребують приблизно 3–4 кВт через сильне відбиття світла та іншу теплопровідність. При роботі з товстішими заготовками (від 10 до 20 мм) рекомендується підвищити потужність до 4–6 кВт, щоб забезпечити якісний розріз. Однак слід бути обережним із міддю та латунню — ці метали споживають на 20–30 % більше потужності порівняно зі звичайною стальлю при однаковій товщині, оскільки менш ефективно утримують енергію. Правильний баланс між налаштуваннями потужності та реакцією матеріалів має вирішальне значення, щоб уникнути проблем, таких як залишки шлаку, небажані плями окислення чи неповністю прорізані місця.

Спадна віддача від високої потужності: чому 3 кВт часто перевершує 6 кВт при обробці тонких матеріалів і невеликих обсягах виробництва

Працюючи з товстими металами, потужні лазери потужністю 6 кВт виконують роботу досить добре, хоча й витрачають багато енергії під час обробки тонших матеріалів завтовшки три міліметри або менше. Перехід на модель потужністю 3 кВт фактично забезпечує таку саму швидкість різання тонких листів, але економить приблизно 25–30 відсотків витрат на електроенергію. І є ще одна перевага: нижча потужність означає, що менше тепла передається в оточуючу металеву зону, тому критичні компоненти зберігають свої структурні властивості після різання. Підприємства, що обробляють невеликі партії до п’ятдесяти деталей, зможуть помітно економити кошти з часом завдяки, зокрема, меншому витраті допоміжного газу та значно рідшим технічним перевіркам. Крім того, устаткування середнього діапазону забезпечує гнучкість для виробничих майстерень, дозволяючи скоротити час запуску операцій прошивання та спрощуючи перехід між різними типами деталей без втрати продуктивності.

Досягнення точності та якості кромки при складних геометріях із низьким обсягом виробництва

Керування шириною різу, конусністю та зоною термічного впливу (ЗТВ) для прототипів із жорстким допуском

Досягнення високої точності у невеликих серіях прототипів залежить від одночасного керування трьома основними параметрами: шириною різу (керф), кутом конусності та розміром зони термічного впливу навколо різу. Працюючи з деталями, що потребують жорстких допусків, таких як ±0,1 мм — що є стандартом для авіаційних чи медичних пристроїв, сучасні волоконні лазерні системи можуть створювати різи завширшки всього 0,1 мм навіть у нержавіючій сталі товщиною 3 мм. Конусність залишається меншою за 0,5 градуса завдяки можливості регулювання фокусування під час різання. Крім того, заміна кисню на азот як допоміжного газу має велике значення — вона скорочує зону термічного впливу приблизно на 70%. Це особливо важливо при роботі з титановими сплавами, де збереження втомної міцності після різання є абсолютно необхідним для довготривалої експлуатації.

Адаптивне програмне забезпечення компенсує зміщення розрізу під час складних різань, забезпечуючи гострі внутрішні кути та точність на рівні мікронів. Тонке налаштування частоти імпульсів запобігає утворенню шлаків на тонких металах, тоді як оптимізовані методи пробивання усувають мікротріщини в мідних сплавах, перетворюючи лазерне різання малої інтенсивності на життєздатне рішення для критично важливих прототипів.

Оптимізація автоматизації та програмного забезпечення для періодичного виробництва невеликими партіями

Оптимізація робочих процесів: програмне забезпечення для розміщення заготовок, інтеграція CAD/CAM та налаштування «одним кліком» для партій менше 10 деталей

Під час виконання тих окремих невеликих серій виробництва металевих деталей лазерними різаками потрібне спеціальне програмне забезпечення, щоб максимально ефективно їх використовувати та знизити вартість кожної одиниці. Сучасні програми компонування досить розумно розміщують деталі на листовому металі, що значно зменшує кількість відходів, навіть якщо виготовляється лише кілька виробів за раз. Деякі майстерні повідомляють про економію близько 20% матеріалів саме таким чином. Перенесення проектів із CAD у системи CAM сьогодні працює плавно, тому немає необхідності вручну вводити всі ці складні форми в обладнання. Просто імпортуйте файл і почніть роботу. І ось ще про час на налаштування. Натиснувши одну кнопку, оператори можуть відновити попередні параметри, економлячи години, які зазвичай витрачаються на регулювання між завданнями. Для партій менше десяти штук це має величезне значення. Уся ця автоматизація допомагає підтримувати високу якість протягом усіх партій, прискорює випуск продукції та дає можливість невеликим підприємствам конкурувати за ціною, не жертвуючи точністю чи узгодженістю деталей.

Розділ запитань та відповідей

Які переваги волоконних лазерних різаків порівняно з системами CO2?

Волоконні лазерні різаки є більш ефективними, краще обробляють відбивні матеріали без пошкодження та займають менше місця порівняно з системами CO2. Вони також працюють швидше під час різання тонших сталевих листів.

У яких випадках все ще віддають перевагу системам лазерів CO2?

Лазери CO2 віддають перевагу матеріалам, які містять неметалеві компоненти, наприклад, гумові ущільнення з металевими вставками, а також для товстого конструкційного металу понад 15 мм, де їхня більша довжина хвилі забезпечує якісніший розріз.

Як впливає потужність лазера на процес різання?

Потужність лазера має відповідати типу та товщині матеріалу. Нижча потужність підходить для тонших матеріалів і допомагає знизити витрати та тепловий вплив, тоді як для товстіших матеріалів необхідна вища потужність.

Чому поєднання волоконних і CO2 лазерних систем є вигідним?

Поєднання обох систем забезпечує більшу гнучкість для майстерень, які працюють із різноманітними матеріалами, прискорює складне виробництво та дозволяє виготовляти прототипи різних компонентів без залучення сторонніх підприємств.

Як автоматизація та програмне забезпечення можуть оптимізувати виробництво невеликими партіями?

Програмне забезпечення для розкрою, інтеграція САПР/CAM та автоматична настройка економлять час, зменшують витрати матеріалів і оптимізують робочі процеси, підвищуючи ефективність та даючи можливість невеликим майстерням залишатися конкурентоспроможними.