Лазер Резерв
За широтою застосування лазерна техніка можна порівняти тільки з комп'ютерною. Області ефективного використання лазерних технологій дуже різноманітні - обробка матеріалів, зв'язок, інформатика, медицина, військова техніка та багато інших. Лазерна обробка матеріалів включає різання і розкрий листа, зварювання, загартування, наплавлення, гравіювання, маркування та інші технологічні операції.
Використання лазерної технології обробки матеріалів забезпечує високу продуктивність і точність, економить енергію та матеріали, дозволяє реалізувати принципово нові технологічні рішення та використовувати важкооброблювані матеріали, підвищує екологічну безпеку підприємства. Зазначимо, що з грамотному впровадженні лазерні технологічні установки приносять 8-10 рублів на карбованець витрат.
За даними Лазерної асоціації, вітчизняні підприємства випускають практично всі відомі види лазерної техніки і в широкому асортименті, однак, за великим рахунком, світовому технічному рівню відповідають не більше 5-10% від усіх наявних моделей, при цьому багато хто з них залишається, по суті, дослідними зразками.
Опитування машинобудівних підприємств, розташованих у семи регіонах України (Володимир, Кіров, Москва, Н. Новгород, Новосибірськ, Самара, Санкт-Петербург), проведене Лазерною асоціацією, показало, що половина з анкети, що відповіли на питання, потребує лазерного обладнання. Уподобання розподілилися таким чином: лазерні технологічні установки для різання та розкрою листа – 21%, для маркування та гравіювання – 16%, для зварювання – 14%, для поверхневого зміцнення – 12%. Істотно, що багато підприємств готові вкладати власні кошти у створення заводських лазерних ділянок, але не мають достатньо коштів,щоб створювати такі ділянки самостійно.
Різання матеріалів
У промисловості крім механічної використовується різання, засноване на електрохімічному, електрофізичному та фізико-хімічному впливах. Це - ацетиленокиснева різання і плазмова різання, що забезпечують більш високу продуктивність порівняно з механічними методами. Однак вони не забезпечують необхідної точності та чистоти поверхні різу і в більшості випадків вимагають подальшої механічної обробки. Електроерозійне різання дозволяє отримати різ малої ширини з високою якістю, проте характеризується низькою продуктивністю.
Сфокусоване лазерне випромінювання дозволяє різати практично будь-які метали та сплави, незалежно від їх теплофізичних властивостей. При лазерному різанні відсутня механічна дія на оброблюваний матеріал, і виникають незначні деформації. Внаслідок цього можна здійснювати лазерне різання з високою точністю, у тому числі легкодеформованих і нежорстких деталей. Завдяки великій потужності лазерного випромінювання забезпечується висока продуктивність процесу різання. При цьому досягається така висока якість різу, що в отворах можна нарізати різьблення.
Зрозуміло, що основою будь-якої лазерної установки є лазер. В даний час для промислового різання використовується кілька типів лазерів. Твердотільні лазери на основі алюмінієвого гранату. Накачування активного елемента проводиться високовольтними лампами розрядними, безперервними або імпульсними. Довжина хвилі випромінювання твердотільного лазера – 1 мкм. Режим генерації, відповідно, може бути безперервним або імпульсним, і є режим так званого гігантського імпульсу Q-switch.
Лазер з діодним накачуванням.Це новий сучаснийваріант лазерів, у яких замість високовольтної газорозрядної лампи накачування виробляється потужними світловипромінюючими діодами. Поки вони дорожчі, зате в системі немає високих напруг, ресурс діодних лінійок значно вищий за ресурс газорозрядної лампи, і лазери краще управляються від електронних систем.
CO2-лазери- газові лазери на основі суміші газів CO2-He-N2. Порушення суміші виконується різними видами електричного розряду у газах. Довжина хвилі випромінювання CО2-лазера – 10 мкм. В даний час найбільш компактними та ефективними є так звані щілинні (slab) лазери з накачуванням високочастотним розрядом. Імпульсні лазери ріжуть з високою якістю не тільки сталь та титан, а й алюмінієві сплави. Можливе різання та сплавів на мідній основі, але тут ефективність дуже сильно залежить від хімічного складу.
CО2-лазери придатні як для різання металів, так і неметалів, причому майже будь-яких, не рекомендується використовувати лазерне різання тільки для ряду матеріалів зі складною структурою - ДСП, бакелітові фанери, граніти. Однак для різання металів потрібен досить великий рівень потужності (від 500 Вт), а для різання кольорових металів – 1000 і більше Ватт.
Тут особливо ефективні щілинні CO2-лазери, які забезпечують так званий суперімпульсний режим випромінювання на відміну від інших CO2-систем. Це означає, що світловий потік не безперервний, а складається з імпульсів із частотою 10-20 кГц, так що при середній потужності, наприклад, 500 Вт потужність імпульсу становить 1000-1500 Вт. При різанні металів це дуже важливо, оскільки зменшується ширина різу, покращується якість та знижується поріг початку різання.
Твердотільні лазери неметалеві матеріали ріжуть значно гірше за газові, проте мають перевагу при різанні металів - з тієї причини,що хвиля довжиною 1 мкм відбивається гірше, ніж хвиля довжиною 10 мкм. Мідь і алюміній для хвилі довжиною 10 мкм - майже ідеальне середовище. Але, з іншого боку, зробити CO2-лазер простіше і дешевше, ніж твердотільний.
Технологія
В даний час аналогічні за своїми основними параметрами, набором опцій та якістю машини стоять приблизно однаково. А оскільки новітні системи лазерного різання, що представляються на український ринок такими відомими світовими виробниками, як Bystronic (Швейцарія), Trumpf (Німеччина), Mazak (Японія), Prima Industrie (Італія), дуже схожі, має сенс зупинитися на загальних властивостях та характеристиках. властивих усім цим системам. Інакше кажучи, сформулювати загальні тенденції у розвитку технології лазерного різання та основні ознаки сучасного лазерного комплексу для різання матеріалів.
За 20 років застосування технологія лазерного різання зазнала значних удосконалень у частині збільшення товщини матеріалу, що розрізається, і швидкості його розрізання. Сучасні великі установки для лазерного різання оснащуються тепер CO2-лазерами потужністю до 6 кВт. Хоча у типових установок потужність лазерів вбирається у 4 кВт, тим щонайменше вони дозволяють стабільно різати сталеві листи товщиною до 19 мм, а окремих випадках - до 25 мм. Для лазерного різання пластин товщиною до 12 мм з корозійностійкої сталі застосовують закачуваний під високим тиском азот.
Поступово підвищуються швидкості різання. Якщо на типових лазерних установках оцинковану листову низьковуглецеву сталь завтовшки 1,63 мм ріжуть зі швидкістю 12,7 м/хв., то на лазерних установках останніх випусків цю ж сталь, але вже завтовшки 2 мм, ріжуть тепер зі швидкістю понад 20 м/хв. . Крім того, швидкості швидких переміщень робочих органів досягають у них 100м/хв. В результаті продуктивність таких установок при лазерному свердлінні листів товщиною 2 мм може досягати 3-4 отворів за секунду.
Ще однією тенденцією розвитку лазерних установок є їхня автоматизація. У тій чи іншій формі автоматизація застосовується переважно лазерних установок. Тут можна відзначити пристрої для завантаження великогабаритних листів, завантажувально-розвантажувальні системи, а також баштові накопичувачі, які заготовки сортують за товщиною і типом матеріалу. Традиційно керування установками здійснюється від ЧПУ, у тому числі на базі персональних комп'ютерів.
Точність лазерного різання досягає 0,1 мм при повторюваності +0,05 мм, причому якість різу стабільно висока, оскільки залежить тільки від сталості швидкості переміщення лазерного променя, параметри якого залишаються незмінними.
Установка лазерного різання зазвичай компонується наступним чином: стіл, на якому встановлюють листові заготовки, рухомий портал з ріжучою головкою та УЧПУ для керування переміщенням цієї головки по заготівлі, причому деякі установки оснащують двома головками. Однак таке компонування застосовується тільки для різання невеликих деталей. При різанні великих деталей або таких, де основною вимогою є точність форми деталей, що вирізуються, така компоновка неефективна.
Більшість лазерних установок, що випускаються тепер, виконано з "літаючою" оптикою або рухомим лазерним променем. Матеріал, що розрізається, залишається при цьому нерухомим, а лазерний промінь переміщається по ньому, здійснюючи програмовані різи. Сам лазер мають безпосередньо на рамі установки або поруч з нею (у цьому випадку система подачі променя направляє його по осях Х і Y). Установки з "літаючою" оптикою призначені для обробки заготовок розмірами від 1,2 х2, 4 до 3х7, 8 мі оснащені двома супутниками, причому кожен із них розташований на своєму робочому столі. Після відрізання однієї заготовки супутники разом із столами змінюються місцями, і відрізану заготовку знімають із супутника. Така конструкція дозволяє забезпечити максимальний час використання лазерного променя, а отже, і максимальну продуктивність установки. Продовжують випускати і установки комбінованого типу, в яких заготовку встановлюють на столі з переміщенням по осі Х, а лазерна головка переміщається по осі Y. Вони хоч і простіше по конструкції, але менш продуктивні, ніж установки з оптикою, що "літає". Так, швидкість позиціонування в останніх вища в 3-10 разів, вантажопідйомність удвічі, а якщо додати другий стіл, то змінна продуктивність стає вищою на 50-100%.
Важливим фактором для різання є прошивка початкового отвору для її початку. У деяких лазерних установок є можливість за допомогою процесу так званої літаючої прошивки холоднокатаної сталі товщиною 2 мм отримувати до 4 отворів в секунду. Отримання одного отвору в товстіших (до 19,1 мм) листах з гарячекатаної сталі при лазерному різанні здійснюють за допомогою силової прошивки приблизно за 2 с. Застосування обох цих методів дозволяє збільшити продуктивність лазерного різання рівня, що досягається на вирубних пресах з ЧПУ.
Коротка характеристика різу: окалина зазвичай відсутня, конусність менше 1ш, отвори, що отримуються круглі і чисті, можливе отримання зовсім невеликих деталей, ширина різу 0,2-0,375 мм, припали непомітні, тепловий вплив дуже мало, є можливість різання неметалічних матеріалів.
Обладнання
Все вищезгадане тією чи іншою мірою властиве всім кращим зарубіжним зразкам. Характернимознакою комплексів TRUMATIC L 3030-L 4030-L 6030 фірми Trumpf, PLATINO 1530-2040 фірми Prima Industrie, BYSPRINT фірми Bystronic є поєднання точного машинобудування із найсучаснішою лазерною та керуючою технікою.
Отже, високопродуктивні, точні, автоматизовані, прості в обслуговуванні - чудові зразки сучасних машин. Все начебто добре. Купуй і працюй. Одне лише "але". Коштують ці майже витвори мистецтва дорого. Середня вартість базових моделей перевищує півмільйона доларів. Ціна навіть наших установок, що випускаються ЗАТ "Лазерні комплекси" (м. Шатура), наближається до двохсот тисяч. Тому швидке повернення коштів можливе лише за раціонального використання такої техніки. Тут необхідно повернутися до питання, яке ми вже неодноразово торкалися - вибору обладнання під вирішуване завдання. Якщо необхідно різати одну й ту саму деталь тисячами, тоді використання таких великих комплексів виправдане. А якщо у вас 10 одних, 20 інших, 50 третіх, то через переналагодження, переустановки частка безпосередньо різання стає значно меншою, і, як наслідок, застосування таких комплексів стає невигідним. Чи є вихід? У всякому разі, як можлива альтернатива можна розглянути таку пропозицію вітчизняних виробників.