Типы лазеров для резки

В настоящее время для промышленной резки используется несколько типов лазеров:

YAG -лазеры пригодны только для резки металлов. Импульсные YAG -лазеры режут с высоким качеством не только сталь и титан, но и алюминиевые сплавы. Возможна резка и сплавов на медной основе, но здесь эффективность очень сильно зависит от химического состава.

СО2-лазеры пригодны для резки неметаллов (почти любых, не рекомендуется использовать лазерную резку только для ряда материалов со сложной структурой - ДСП, бакелитовые фанеры, граниты) и для резки металлов. Однако, для резки металлов нужен достаточно большой уровень мощности (от 500 Вт), а для резки цветных металлов - 1000 и более Ватт.

Здесь особенно эффективны щелевые СО2-лазеры, которые обеспечивают так называемый "суперимпульсный" режим излучения в отличии от других СО2-систем. Это значит, что световой поток не непрерывен, а состоит из импульсов с частотой 10-20 кГц, так что при средней мощности, например, 500 Вт, мощность в импульсе составляет 1000-1500 Вт. При резке металлов это очень важно, так как уменьшается ширина реза, улучшается качество и снижается порог начала резки.

Составные части лазерной аппаратуры

Полный комплект оборудования включает не только лазер, но еще ряд оптических и электронных систем. Общие сведения перечислены в Таблице 1.

Таблица 1. Составные части лазерного обрудования

Интегрирование с портальной системой

Лазерные подсистемы должны быть интегрированы разными способами для обеспечения единой работы лазерного комплекса для резки. В таблице 2 приведены все виду стыковок и интерфейсов, которые нужно учитывать при разработке системы для лазерной резки.

Таблица 2. Стыковки и интерфейсы лазерного оборудования

Варианты установки лазерной аппаратуры на портальные системы

Наиболее простым конструктивным вариантом является размещение лазера и режущей фокусирующей головки непосредственно на каретке портала. В этом случае минимизируется оптическая схема, но так можно устанавливать только лазеры, имеющие небольшой вес, следовательно, схема годится только для резки сравнительно небольших толщин. Возможные оптические схемы изображены на рис.1,2.

Если технически лазер невозможно разместить на подвижной каретке (из-за массогабаритных характеристик или невозможности обеспечить отсутствие угловых вибраций лазера при координатных перемещениях), то его размещают на портале, вдоль оси портала (рис.3). В этом случае необходимо использовать блоки поворота излучения для транспортировки излучения к подвижной режущей головке.

Для особо мощных лазеров, которые невозможно разместить даже на портале используется внешняя схема размещения (Рис.4)

По условиям техники безопасности трасса лазерного луча должна быть закрыта для исключения выхода лазерного излучения или травмирования наладчиков. Это могут быть разного типа конструктивные решения в виде экранирующих плоскостей или телескопических систем. Кроме того, при использовании в производственных запыленных условиях необходимо обеспечить минимизацию осаждения пыли на поверхности оптических зеркал - для этого блоки поворота изготавливают в корпусе с подачей избыточного давления воздуха через фильтр.

Дополнительные требования к портальной координатой системе

Ввиду существенно более узкой лазерной ширины реза лазерная резка потенциально может обеспечить более высокую точность вырезки деталей, в ряде случаев это позволяет вообще исключить необходимость последующей

Рис 1,2. Схемы размещения лазерной аппаратуры на каретке портала координатной системы. 1- несущая конструкция портала, 2- каретка, 3- устройство вертикального перемещения, 4 - лазер, 5 - колимматор, 6 - блок поворота излучения, 7 - режущая головка

механообработки. Кроме того, резко уменьшенная ширина зоны термического влияния и зоны химических изменений почти во всех случаях делает детали пригодными для последующей сварки.

Однако характеристики самой портальной системы должны обеспечивать эти возможности

а) сама статическая точность и динамическая точность системы должна быть выше, чем при плазменной резке
б) качество системы регулирования должно обеспечивать хорошее качество координатного перемещения (плавное ведение с минимальными вибрациями), иначе качество лазерной резки будет существенно снижаться от оптимального.

Рис.3. Расположение лазерной аппаратуры в случае размещения лазера на портале. 1 - лазер, 2 - блок питания лазера, 3 - оптический колимматор, 4,5 - блоки поворота излучения, 6 - оптический переключатель, 7 - лазер видимого диапазона, 8 - аппаратура на каретке, 8.1 - блок поворота излучения, 8.2 - устройство вертикального перемещения, 8.3 - режущая головка.


Рис.4. Принцип внешнего размещения лазерного излучателя и прокладка оптической трасы.

Лазеры

В таблице 3 приведены лазеры, которые могут поставляться для комплектации машин лазерной резки. Это серийные лазеры, выпускаемые пока малыми сериями. Производства, на которых выпускается эти лазерные излучатели, сертифицированы по ISO 9001. Текущие цены - для внутреннего рынка, не включают транспортные и иные расходы и не включают стоимость обучения.

В настоящий момент лазеры производятся по заказу или малыми партиями. Объем выпуска лазеров МЛТИ - до 30 шт. вгод, ОЛИМП - 10 шт в год. Параметры производства позволяют без особых производственных затрат обеспечить выпуск до 100-200 лазеров этих типов в год.

Таблица 3. Лазеры для комплектации машин лазерной резки.

Лазерные головки и оптика

Разработаны множество конструкций режущих головок для YAG и CO 2-лазеров, линзового и зеркального типа. Для YAG используются трехкомпонентные линзовые системы с компенсацией аберраций для короткофокусных систем и на основе параболических линз - для длиннофокусных. Для СО2-излучения используются линзовые системы на основе ZnSe с просветлением и для больших мощностей излучения трехзеркальные компенсированные системы.

Все режущие головки могут быть снабжены емкостными датчиками положения.

Кроме того, в комплект поставки могут быть включены блоки поворота излучения в герметичном корпусе, коллиматор-расширитель пучка, блок ввода излучения видимого лазерного пучка с дополнительной возможностью калориметрического контроля мощности лазерного излучения. Все эти элементы перечислены в Таблице 4 с указанием ориентировочных цен.

Следует отметить, что может потребоваться некоторая адаптация конструкции этих модулей для Вашей системы, но скорее всего, она будет незначительна. В иллюстративных материалах я привожу фотографию наших портальных машин - для сведения.

Таблица 4. Оптические модули для комплектации машин лазерной резки

Обучение и техническая поддержка

Лазеры серии МЛТИ уже многократно поставлялись на экспорт и проблемы гарантийного и послегарантийного обслуживания решаются успешно. Лазеры серии ОЛИМП прошли европейскую сертификацию, но пока поставлялись только в Китай. Серия ОЛИМП-2500 разрабатывается по контракту с японской фирмой и планируется поставка этих лазеров в Японию для комплектации машин раскроя листов в судостроении.

В любом случае имеется опыт поставок и при покупке значительного количества лазеров не представляет большого труда организовать сервисный центр и центр обучения. Возможно, это проще всего будет сделать на базе Вашей фирмы с участием наших специалистов.

Другие возможности сотрудничества

В настоящее время наша фирма вместе с партнерами планирует резко активизировать замороженные в прежние годы из-за невостребованности российским рынком заделы в передовых технологиях. Здесь я только кратко перечисляю тематику этих направлений:

Иллюстрации