Формируем будущее с помощью технологии точной лазерной резки

Прецизионная лазерная резка стала важной производственной технологией для отраслей, где требуются точные размеры, узкие пропилы, повторяемое качество, сложная геометрия и эффективное автоматизированное производство. От листового металла и труб до ультратонкой фольги, электронных материалов, керамики, гибких пленок и прецизионных компонентов — лазерная резка может обеспечить преимущества, которых трудно достичь при обычной механической резке.

Однако «точная лазерная резка» не относится к одному станку или лазерному источнику. Мощный волоконный лазер для резки толстой стальной пластины, трубчатый лазер для резки конструкционных труб и пикосекундный лазер для микрообработки тонкого электронного материала — все они используют лазерную энергию, но их конфигурации станков, механизмы обработки, уровни точности и идеальные области применения сильно различаются. Понимание этих различий — первый шаг к выбору подходящего станка для лазерной резки для вашего производственного процесса.

Что такое прецизионная лазерная резка?

Прецизионная лазерная резка — это бесконтактный производственный процесс, в котором сфокусированный лазерный луч удаляет материал по запрограммированной траектории резки. Лазер доставляет концентрированную энергию на очень небольшую площадь. В зависимости от материала и лазерной технологии материал может плавиться, испаряться, подвергаться абляции или подвергаться другому контролируемому процессу удаления. Затем системы перемещения перемещают лазерный луч или заготовку в соответствии с данными САПР или ЧПУ для создания необходимой геометрии. Типичные области применения прецизионной лазерной резки включают в себя:

• Детали из листового металла

• Трубы и профили

• Электронные компоненты

• Тонкая металлическая фольга

• Медицинские компоненты

• Автозапчасти

• Аэрокосмические компоненты

• Прецизионное оборудование

• Гибкие пленки

• Керамика

• Материалы, связанные с кремнием

• Продукты, связанные с FPC и печатными платами

• Промышленные компоненты по индивидуальному заказу

В отличие от физической пилы, пуансона или фрезы, лазер не контактирует механически с заготовкой. Это позволяет создавать узкие элементы, сложные контуры, небольшие отверстия и детализированную геометрию без создания механических сил резания на детали.

Как работает прецизионная лазерная резка?

Типичный процесс лазерной резки можно разделить на несколько этапов.

1. Лазерный источник генерирует луч.

Лазерный источник определяет длину волны, мощность, характеристики импульса, качество луча и многие материалы, которые может обрабатывать машина. Например, волоконные лазеры широко используются для резки металлов, а ультракороткоимпульсные системы, такие как пикосекундные лазеры, используются, когда требуется чрезвычайно тонкая обработка и минимальное тепловое воздействие.

2. Оптическая система фокусирует лазер.

Лазерный луч проходит через оптическую систему и фокусируется на заготовке. Концентрация энергии в небольшом пятне создает плотность энергии, необходимую для резки. Положение фокуса имеет решающее значение. Неправильная фокусировка может привести к:

• Более широкий пропил

• Грубые режущие кромки

• Неполное проникновение

• Чрезмерное количество окалины

• Большие зоны термического влияния

• Сниженная скорость резания

3. ЧПУ или управление движением следует за траекторией резки.

Машина использует цифровые проектные данные для управления положением режущей головки относительно материала. Современные системы могут обрабатывать файлы DXF и другие файлы CAD, позволяя последовательно воспроизводить сложную геометрию.

4. Материал удален.

В зависимости от системы удаление материала может происходить посредством плавления, испарения, абляции или комбинации механизмов. При традиционной лазерной резке металла обычно используется вспомогательный газ для удаления расплавленного материала из реза и влияния на качество кромки.

5. Монтаж завершен.

При правильной оптимизации параметров лазерная резка позволяет получить узкие пропилы и чистые края, одновременно уменьшая необходимость вторичной механической обработки. Однако окончательное качество зависит не только от мощности лазера. Материал, толщина, фокус, скорость, газ, состояние сопла, качество луча, точность станка и стратегия программирования — все это влияет на результат.

Что делает лазерную резку «точной»?

Точность не означает просто использование лазера. Несколько факторов определяют, сможет ли система резки стабильно производить точные детали.

Точность позиционирования

Механическая конструкция, система направляющих, приводы, энкодеры и система ЧПУ определяют, насколько точно режущая головка может достичь запрограммированного положения.

Повторяемость

Для производственных сред способность воспроизводить один и тот же результат на сотнях или тысячах деталей зачастую более важна, чем получение одного точного образца.

Качество лазерного луча

Лучшее качество луча позволяет фокусировать лазер в меньшее и более стабильное пятно. Это влияет на ширину реза, плотность энергии, скорость резания и разрешение элемента.

Управление фокусом

Положение фокуса должно оставаться постоянным относительно материала. Системы автоматической фокусировки могут помочь компенсировать изменение толщины материала или требований к резке.

Термический контроль

Лазерная резка во многих случаях представляет собой термический процесс. Чрезмерное тепло может привести к:

• Искажение

• Окисление

• Заусенцы

• Изменения внешнего вида кромок

• Большая зона термического влияния

Для применений, где тепловое воздействие необходимо свести к минимуму, технология ультракоротких импульсов может оказаться более подходящей, чем обычная резка высокой мощности.

Стабильность движения

Высокая скорость резания полезна только в том случае, если машина может сохранять точность во время ускорения, замедления, прохождения поворотов и сложных изменений траектории. Таким образом, жесткая рама станка и устойчивая подвижная платформа напрямую способствуют качеству окончательной резки.

Основные типы прецизионных станков для лазерной резки

Различные технологии лазерной резки решают разные производственные задачи.

Волоконно -лазерная режущая машина

Волоконная лазерная резка является одной из наиболее широко используемых технологий промышленного изготовления металлов. Особенно подходит для таких материалов, как:

• Углеродистая сталь

• Нержавеющая сталь

• Алюминий

• Латунь

• Медь

• Титан

• Другие подходящие металлические сплавы

Станки для волоконной лазерной резки HBS предназначены для промышленной резки металлов, где важны производительность, точность размеров и повторяемость.

Оптоволоконные системы обычно выбираются для:

• Изготовление листового металла

• Компоненты машин

• Кухонное оборудование

• Аппаратное обеспечение

• Автозапчасти

• Электрические шкафы

• Промышленные панели

• Металлическая мебель

• Изготовление металла на заказ

Например, станок для волоконной лазерной резки HBS серии 8025 использует источник волоконного лазера с управлением движением с ЧПУ и предназначен для крупноформатной резки металла. Для производителей металлов технология волоконного лазера обычно является первым вариантом, позволяющим оценить, когда основным требованием является эффективная резка листа или пластины.

Станок для лазерной резки труб

Плоский лист – это только одна часть промышленного изготовления металла. Для круглых, квадратных, прямоугольных труб и других профилей часто требуется машина, специально предназначенная для позиционирования и вращения трубчатого материала. Станок для лазерной резки труб может обрабатывать такие детали, как:

• Прямые разрезы

• Угловые разрезы

• Дыры

• Слоты

• Выемки

• Контуры

• Совместная подготовка

Это может уменьшить необходимость выполнения нескольких отдельных операций, таких как распиловка, сверление, штамповка и ручная отделка.

Резка труб особенно полезна в:

• Автомобильное производство

• Мебель

• Фитнес-оборудование

• Строительные конструкции

• Рамы машин

• Гидравлические системы

• Сельскохозяйственная техника

• Изготовление трубопроводов

• Металлические стеллажи

• Каркасы медицинского оборудования

Станок для лазерной резки труб HBS серии QX предназначен для обработки металлических труб и профилей конструкционных труб. Более подробную информацию об этом приложении можно найти в руководстве HBS по точной лазерной резке труб при производстве трубопроводов.

Пикосекундный станок для лазерной резки

Обычная резка волоконным лазером очень эффективна при изготовлении металлов, но в некоторых случаях требуется гораздо более тонкая обработка и значительно меньшее тепловое воздействие. Пикосекундные лазеры производят чрезвычайно короткие импульсы. Поскольку энергия доставляется в течение очень короткого периода времени, материал можно удалить до того, как большое количество тепла распространится в окружающую среду. Это делает машины пикосекундной лазерной резки особенно ценными для микрообработки и прецизионных применений. Пикосекундные системы HBS предназначены для таких материалов, как:

• Ультратонкие металлы

• Медная фольга

• Золото и серебро

• Алюминий

• Титан

• Никель

• Гибкие пленки

• ПИ

• ДОМАШНИЙ ПИТОМЕЦ

• ПВХ

• Тефлон

• Графен

• Углеродное волокно

• Кремниевые пластины

• Керамика

• ФПК материалы

• Композитные материалы

Приложения могут включать в себя:

• Микрорезка

• Бурение

• обработка канавок

• Писать

• Структурирование поверхности

• Тонкопленочная обработка

• Прецизионное удаление материала

Если вашему приложению требуются чрезвычайно мелкие детали или минимальная зона термического влияния, пикосекундная технология может оказаться более подходящей, чем простое увеличение мощности обычного волоконного лазера.

Прецизионная волоконная лазерная резка

Некоторые приложения находятся между изготовлением тяжелых листового металла и сверхтонкой пикосекундной обработкой. Для небольших металлических компонентов, требующих точных контуров и контролируемой резки, более подходящий формат станка может обеспечить специальный станок для прецизионной лазерной резки оптического волокна. Вот почему покупателям следует избегать рассмотрения «станка для лазерной резки» как отдельной категории оборудования. Выбор станка следует начинать с заготовки и требуемого результата.

Волокно, трубка или пикосекундная прецизионная лазерная резка

Правильный выбор зависит от геометрии детали, материала, толщины, размера элемента, требуемого допуска, времени цикла и бюджета.

Преимущества точной лазерной резки

Высокая точность размеров

Правильно настроенное оборудование для лазерной резки позволяет создавать детальные геометрические детали с высокой точностью позиционирования и повторяемостью. Это особенно ценно, когда детали должны вписываться в сборки или когда тысячи деталей должны сохранять одинаковые размеры.

Узкий пропил

Сфокусированный лазер может обеспечить относительно узкую ширину резки по сравнению со многими процессами механической резки. Узкие пропилы могут поддерживать:

• Близко расположенные детали

• Прекрасные возможности

• Лучшее использование материала

• Сложный вложенность

Фактическая ширина реза зависит от типа лазера, линзы, материала, толщины, фокуса, мощности и параметров резки.

Сложная геометрия

Поскольку траектория резки контролируется цифровым способом, машина может повторять изгибы, пазы, отверстия, острые углы и сложные профили, не изготавливая специальную режущую матрицу для каждой конструкции. Это особенно полезно для:

• Прототипы

• Индивидуальные продукты

• Небольшие партии

• Частые изменения дизайна.

• Сложные промышленные компоненты

Подробнее об этом можно прочитать в руководстве HBS по лазерной резке сложных промышленных компонентов.

Бесконтактная обработка

Лазерный луч не прижимает режущий инструмент механически к материалу. Это исключает износ режущего инструмента в точке контакта и снижает механическую силу, прикладываемую к хрупким компонентам. Однако бесконтактная обработка не означает, что материал невозможно повредить. Неправильные параметры лазера могут привести к чрезмерному нагреву, обгоранию, окислению, искажению или плохому качеству кромки.

Высокая повторяемость

Цифровое управление позволяет воспроизводить одну и ту же запрограммированную геометрию в повторяющихся производственных циклах. Это одна из причин, по которой лазерная резка привлекательна для автоматизированного производства.

Эффективное размещение материалов

Современное программное обеспечение позволяет расположить несколько деталей на листе, чтобы уменьшить количество неиспользованного материала. При крупносерийном производстве металлов использование материала может оказать существенное влияние на производственные затраты.

Сокращение вторичной обработки в подходящих приложениях

Правильно оптимизированная лазерная резка может обеспечить чистую кромку, что может уменьшить необходимость шлифовки, удаления заусенцев или другой вторичной обработки. Однако неверно утверждать, что лазерная резка всегда дает кромку без заусенцев. Качество резки во многом зависит от:

• Материал

• Толщина

• Вспомогательный газ

• Мощность лазера

• Фокус

• Выравнивание сопла

• Скорость резки

• Состояние машины

Какие материалы можно подвергать точной лазерной резке?

Ответ зависит от лазерной технологии.

Углеродистая сталь и нержавеющая сталь

Волоконная лазерная резка широко используется как для углеродистой, так и для нержавеющей стали. Подходящая мощность лазера зависит от толщины материала, требуемой производительности, стратегии использования газа и качества резки.

Алюминий

Волоконные лазеры могут эффективно обрабатывать многие алюминиевые сплавы, хотя необходимо учитывать отражательную способность и теплопроводность.

Медь и латунь

Современные волоконные лазерные системы могут обрабатывать медь и латунь, но эти отражающие металлы требуют соответствующих лазерных источников, оптики и параметров резки.

Титан и специальные металлы

Прецизионную лазерную резку можно использовать для титана и других подходящих сплавов, включая аэрокосмическую, медицинскую промышленность и прецизионные компоненты.

Тонкие пленки и электронные материалы

При резке FPC, PI, PET, тонкой металлической фольги, керамики или кремниевых материалов технология ультракоротких импульсов, такая как пикосекундная резка, может обеспечить лучшее качество кромки и меньшие тепловые эффекты.

Пластмассы, дерево, акрил и стекло

Эти материалы не следует автоматически группировать вместе с лазерной резкой металла. Разные неметаллические материалы требуют разных длин волн и методов обработки. Станок для волоконной лазерной резки, предназначенный для листовой стали, не подходит автоматически для дерева, акрила или стекла. Это различие важно при выборе оборудования.

Какие факторы влияют на качество лазерной резки?

Лазерная сила

Более высокая мощность может повысить производительность и производительность резки, особенно при работе с более толстым металлом. Но выбор максимальной доступной мощности не всегда является лучшим решением. Для тонких прецизионных деталей качество луча и контроль могут иметь большее значение, чем максимальная выходная мощность.

Скорость резания

Если машина движется слишком быстро, она может не выполнить резку полностью. Если он движется слишком медленно, чрезмерное нагревание может увеличить ширину пропила, образование окалины или термическую деформацию.

Положение фокуса

Правильное положение фокуса имеет решающее значение для достижения желаемой плотности энергии. Системы автоматической фокусировки могут помочь поддерживать стабильную производительность при работе с различными материалами и толщинами.

Вспомогательный газ

Кислород, азот, воздух и другие технологические газы могут влиять на:

• Скорость резки

• Окисление

• Внешний вид края

• Дросс

• Эксплуатационные расходы

Правильный газ зависит от материала и требуемой отделки.

Состояние и выравнивание сопла

Поврежденное или смещенное сопло может привести к нестабильному потоку газа и ухудшению качества резки.

Толщина материала

Параметры, применимые к тонкому материалу, невозможно просто применить к более толстой пластине.

Качество материала

Ржавчина, покрытия, масло, загрязнение поверхности, плоскостность и состав материала могут влиять на взаимодействие с лазером.

Точность движения машины

Даже качественный лазерный источник не может компенсировать нестабильное движение машины. Механическая жесткость, производительность сервоприводов, системы направляющих, калибровка и управление ЧПУ имеют решающее значение.

Применение прецизионной лазерной резки

Автомобильное производство

Лазерная резка широко применяется для изготовления:

• Компоненты шасси

• Кронштейны

• Конструктивные части

• Компоненты, связанные с выхлопом

• Трубчатые рамы

• Детали из листового металла по индивидуальному заказу

Резка труб также может объединить несколько этапов обработки, когда в автомобильных конструкциях используются формованные металлические профили.

Аэрокосмическая промышленность

Компоненты аэрокосмической отрасли часто требуют контролируемых размеров и сложной геометрии. Лазерная резка может применяться к тонким металлическим компонентам, кронштейнам, панелям и специальным прецизионным деталям. Фактическая квалификация процесса должна основываться на требованиях к материалу, компонентам и применимых аэрокосмических стандартах.

Электроника

Производство электроники может потребовать очень маленьких деталей и строго контролируемого тепловложения. Пикосекундная лазерная обработка особенно ценна для некоторых тонких пленок, материалов FPC, керамики и других прецизионных электронных подложек.

Медицинское производство

Прецизионную резку можно использовать для отдельных хирургических инструментов, тонких металлических деталей, трубок и других деталей медицинского назначения. Однако возможности оборудования сами по себе не делают процесс совместимым с медицинской точки зрения. Полный процесс производства и проверки должен соответствовать применимым требованиям качества и нормативным требованиям.

Изготовление листового металла

Это остается одной из крупнейших областей применения станков для волоконной лазерной резки.

Общие продукты включают в себя:

• Электрические шкафы

• Чехлы для машин

• Металлические корпуса

• Промышленные панели

• Кухонное оборудование

• Компоненты системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха

• Аппаратное обеспечение

• Металлическая мебель

• Изготовленные по индивидуальному заказу детали

Изготовление труб и конструкций

Специальные системы лазерной резки труб могут повысить эффективность вырезания отверстий, пазов, соединений и контуров в структурных профилях.

Чем лазерная резка отличается от традиционной?

Ни один метод резки не является универсально лучшим. Лазерная резка становится особенно привлекательной, когда производителям необходимо сочетание гибкости, автоматизации, точности, сложной геометрии и повторяемости.

Как выбрать прецизионный станок для лазерной резки

Выбор правильного станка требует большего, чем просто определение мощности лазера.

1. Определите материал

Начните с точной марки материала. Например:

• Углеродистая сталь

• Нержавеющая сталь

• Алюминий

• Латунь

• Медь

• Титан

• Керамика

• ФПК

• ПИ фильм

Разные материалы требуют разных лазерных технологий и параметров процесса.

2. Определите толщину материала

Максимальная и типичная толщина напрямую влияют на мощность лазера и конфигурацию машины. Не выбирайте оборудование, основываясь только на максимальной толщине, которую вы можете разрезать один раз. Материал, обрабатываемый каждый день, должен иметь большее влияние на выбор машины.

3. Определите геометрию заготовки.

Вы режете:

• Плоские листы?

• Большие тарелки?

• Круглые трубы?

• Квадратная трубка?

• Тонкая фольга?

• Гибкая пленка?

• Микрокомпоненты?

Геометрия определяет, нужен ли вам листорез, труборез, прецизионная рабочая станция или пикосекундная система.

4. Определите требуемый допуск

К общим производственным компонентам и микроэлектронным компонентам предъявляются совершенно разные требования к точности. Определите измеримые требования, а не просто требуйте «высокой точности».

5. Определите необходимую площадь резки.

Такие форматы станков, как 3015, 4020, 6025 и 8025, относятся к различным размерам обработки листов. Системы большого формата подходят только в том случае, если потребности в заготовках и производстве оправдывают увеличение занимаемой площади.

6. Оцените объем производства

Для крупносерийного производства следует учитывать:

• Погрузка и разгрузка

• Автоматический раскрой

• Конвейерные или передаточные системы

• Автоматизация

• Интеграция программного обеспечения

• Использование машины

• Время цикла

7. Оцените качество кромок

Укажите, требует ли деталь:

• Края визуального качества

• Подготовка к сварке

• Рисование

• Сборка

• Минимальный осадок

• Минимальное окисление

• Низкое тепловое воздействие

8. Запросить испытание на резку

Перед покупкой отправьте поставщику фактический материал и файл САПР. Полезный тест на резку должен оценить:

• Точность размеров

• Качество кромки

• Ширина пропила

• Заусенец или окалина

• Зона термического влияния

• Сокращение времени

• Расход газа

• Повторяемость

Это дает гораздо больше полезной информации, чем просто сравнение мощности лазера.

Часто задаваемые вопросы

Что такое точная лазерная резка?

Прецизионная лазерная резка — это бесконтактный процесс с цифровым управлением, в котором используется сфокусированный лазерный луч для удаления материала по заданной траектории резки. Он обычно используется там, где важны точность, сложная геометрия, узкий пропил и повторяемость.

Какой лазер лучше всего подходит для точной резки металла?

Для многих промышленных применений листового металла волоконный лазер является первой технологией, которую необходимо оценить. Для микрообработки, сверхтонких материалов или приложений, требующих очень низкого теплового воздействия, пикосекундная технология может оказаться более подходящей.

Точная ли резка волоконным лазером?

Да. Промышленные волоконные лазерные системы могут обеспечить высокую точность и повторяемость позиционирования при правильном согласовании конструкции станка, оптики, управления движением, фокусировки, материала и параметров резки.

В чем разница между волоконной и пикосекундной лазерной резкой?

Волоконная лазерная резка обычно используется для эффективного изготовления металлов. Пикосекундные лазеры используют ультракороткие импульсы и лучше подходят для очень тонкой обработки, где важно минимизировать тепловое воздействие.

Может ли один станок для лазерной резки разрезать любой материал?

Нет. Совместимость материалов зависит от длины волны, источника лазера, конструкции станка, технологического газа, оптики и режущего механизма. Станок, оптимизированный для резки стального листа, автоматически не является лучшим выбором для резки стекла, дерева, пластика или керамики.

Образует ли лазерная резка зону термического влияния?

Большинство традиционных процессов термической лазерной резки создают некоторую степень зоны термического влияния. Размер зависит от материала, параметров лазера, скорости, фокуса и конструкции процесса. Системы ультракоротких импульсов, такие как пикосекундные лазеры, могут значительно снизить тепловое воздействие в соответствующих приложениях.

Всегда ли лазерная резка дает края без заусенцев?

Нет. Лазерная резка может обеспечить превосходное качество кромок, но могут появиться заусенцы или окалина, если мощность, фокус, скорость, поток газа, состояние сопла или другие параметры не оптимизированы должным образом.

Какую информацию я должен предоставить при заказе станка для лазерной резки?

Подготовить:

• Тип материала

• Толщина материала

• Максимальный размер заготовки

• Чертежи САПР

• Требуемый допуск

• Объем производства

• Желаемое качество кромки

• Требуемое время цикла

Предоставление реальных образцов или чертежей позволяет поставщику рекомендовать более подходящую конфигурацию.

Заключение

Прецизионная лазерная резка — это не одна технология. Он включает в себя несколько лазерных источников и конфигураций оборудования, разработанных для различных производственных требований. Для высокопроизводительной резки листового металла станок для резки волоконным лазером часто является первой технологией, которую необходимо оценить.

Для круглых, квадратных и прямоугольных профилей специальный станок для лазерной резки труб может объединить несколько этапов изготовления в один процесс с ЧПУ.

Для ультратонких материалов, электроники, керамики, пленок и других применений, требующих чрезвычайно мелких деталей и низкого теплового воздействия, более подходящим решением может стать станок для пикосекундной лазерной резки.

Правильное оборудование следует выбирать в соответствии с материалом, толщиной, геометрией, допуском, объемом производства, требованиями к качеству кромки и требуемым временем цикла, а не просто путем выбора максимальной мощности лазера.

HBS предлагает широкий выбор промышленных станков для лазерной резки листового металла, труб, прецизионных компонентов и микрообработки. Прежде чем выбрать станок, отправьте HBS спецификацию материала, толщину, размеры детали, чертеж САПР, требования к допускам и ожидаемый объем производства. Затем можно использовать испытание на резку образца для определения подходящего источника лазера, мощности, формата станка и конфигурации обработки.