Промышленный лазер
20 сентября 2022
Фото: freepik.com

Режем светом, или как правильно выбрать оборудование для лазерной резки

Мысль о создании луча, воздействие которого изменит конечную точку направления, занимала ум Эйнштейна и ещё множества изобретателей по всему миру. «Усилители светового пучка путём светового излучения» разработали и представили миру в 1960 году, тогда они и получили название «лазер». Сейчас с помощью такого источника решают многие промышленные задачи: сварку, резку, чистку, — и каждое направление развивается по-своему. Обратим ваше внимание на особенности резки и расскажем, как подобрать лазерную систему.

Начальник отдела лазерной сварки и наплавки ООО НТО «ИРЭ-Полюс», кандидат технических наук Николай Грезев говорит: сейчас 90% мощных волоконных лазеров используют в резке и раскрое металла. Но лазерная резка появилась в самом начале становления технологии, а волоконные источники только в XXI веке, поэтому раньше резали газовыми и твердотельными лазерами. Стоит ли о них говорить, когда волоконные источники уже заняли нишу в ряде технологий, которые многократно повышают эффективность производства!

Эксперты отмечают, что в отличие от других видов резки, в том числе и газовой, у волоконных лазеров наиболее подходящие для использования в составе современных аппаратов характеристики. Излучение подаётся по волокну на большие расстояния, не требует оптического тракта для газовых систем, рабочее поле лазера равно рабочему полю станка, а ещё луч имеет неменяющиеся параметры.

Лазерная резка
Фото: freepik.com

«Лазерная резка — один из последних, уже долгоиграющих трендов на рынке металлообработки, который занимает больший процент среди всех типов лазерных технологий на этом рынке», — утверждает руководитель группы продаж и бренд-менеджер управления промышленных лазерных станков АО «ЛЛС» Антон Шевела.

Повышая мощности, не забыть о целесообразности

На рынке лазерных технологий всё больше развивается тенденция к увеличению мощности источника. Диктует это стремительное падение стоимости 1 кВт у производителей. По словам г-на Шевелы, покупка лазерного станка высокой мощности для резки становится экономически эффективнее, чем приобретение стандартного. Более сильный источник существенно увеличивает производительность и даёт возможность работать в три смены с высокой скоростью.

«Удешевляет процесс резки и то, что высокая мощность позволяет работать с материалом без использования азота, дорогостоящего вспомогательного газа, ведь используется лишь сжатый воздух с компрессором под большим давлением», — добавил г-н Шевела.

Потому и цена погонного метра становится ниже и ниже.

Волоконный лазер представляет собой излучатель с уникальными характеристиками и одним особенным параметром — качеством пучка (BBP).

Оно отвечает за фокусное пятно и применяемую мощность. Например, лазер мощностью 20 кВт обладает всего лишь 3,5 BBP. Это говорит о том, что при использовании определённых оптических схем можно сфокусировать излучение 20 кВт в 200 мкм и получить сверхвысокую плотность мощности для резки. По сравнению с другими лазерами это очевидное преимущество. Что оно даёт? Можно резать, например, 50-милиметровый металл с тем же качеством и скоростью реза, как если бы это была сталь толщиной 5–10 мм.

Промышленный лазер
Фото: freepik.com

А ведь раньше материал с такими характеристиками приходилось резать гидроабразивом на низкой скорости или плазмой, которая деформировала поверхность конструкции. Говоря о скорости, Николай Грезев привёл пример резки листа толщиной 8 мм на разных мощностях: при 10 кВт скорость обработки 8 м/мин, а при 20 кВт она возрастает до 15 м/мин. Подобный результат и с другими толщинами, 20 мм при на 10 кВт — 3 м/мин, а при 20 кВт — 10 м/мин.

Теперь рассмотрим, как лазер ведёт себя в зависимости от типа обрабатываемого материала. Так, алюминий толщиной 8 мм режется со скоростью 28 метров в минуту, а вот нержавейка и низколегированная сталь несколько медленнее — до 18 м/мин.

Особый компонент

Для таких особенностей и техника нужна соответствующая — не все головки способны пропускать мощность выше 25 кВт.

Г-н Грезев говорит, что такие на рынке есть, они содержат внутри множество оптических и других датчиков, благодаря которым головка сама отслеживает расстояние до детали с высокой точностью. Отметим, что технология резки на больших мощностях по толстым материалам сложнее, нежели по тонким.

«В первую очередь пробивается отверстие, в которое будет опускаться оптическая головка. А для того, чтобы не повреждать медное сопло, пробивку нужно совершать с небольшого расстояния до изделия», — предупреждает Николай Грезев.

Какой итог применения лазеров с мощностью 20 кВт? Используя коэффициент прироста скорости, который для стандартной толщины в 16 мм равен 1,8, эксперт заключил: станок с мощностью 20 кВт заменит два станка с обычной головкой, а при небольших толщинах даже три. По словам представителя ООО НТО «ИРЭ-Полюс», чем мощнее источник, тем быстрее окупается стоимость всего оборудования.

«При использовании стандартного лазера 2 кВт получаем стоимость одного реза 7 рублей за погонный метр. А при повышении мощности до 20 кВт стоимость падает практически до 70 копеек за рез. Мы производили оценку стоимости резки 8 мм металла при помощи плазмы, и она составила порядка 5 рублей за один рез. Цена работы мощным волоконным лазером около 2 рублей — в 2 раза дешевле», — поделился г-н Грезев.

Лазерная резка
Фото: freepik.com

Как выбрать комплекс лазерной резки?

Даже зная особенности и характеристики излучателей, выбрать лучший из представленных на рынке продуктов не просто. Есть несколько важных принципов, которых лучше придерживаться при подборе лазерной техники.

Директор по продажам ООО «НПК Морсвязьавтоматика» Андрей Тяжлов объясняет, что ключевой аспект — определение оптимального соотношения станка лазерной резки и динамики координатной системы. Чем мощнее лазер, тем выше скорость обработки, особенно если лист материала тонкий.

А чем выше скорость обработки на тонком листе, тем, следовательно, более динамичная координатная система должна обеспечивать эти перемещения.

Это важно, когда продукция заказчика имеет много контуров разгона и торможения. Например, перфорированные решётки или корпусные изделия.

Как определить, какие станки подойдут для использования мощных лазеров, а какие нет? Вопрос спорный. Существуют, например, бюджетные координатные машины от китайских производителей, но, по словам г-на Тяжлова, это оборудование со средней динамикой нецелесообразно использовать с излучателями мощностью выше 6 кВт, что уж говорить о 20.

Также на рынке присутствуют и изготовители более производительной техники, в основном это европейские компании. Такая покупка будет оправдана только для использования с мощными излучателями, так как те дают максимальную отдачу. Но, увы, такие системы не подойдут бюджетному сегменту, у которого в распоряжении есть только слабые излучатели.

Антон Шевела же отметил, что даже китайские производители уже сокращают производство маломощных станков и сосредотачивают усилия на изготовлении излучателей от 1,5 кВт и больше. Уверенно по себестоимости резки на рыке держится оборудование с мощностью 3 кВт, но самое активное внимание обращено на сверхмощные, потому-то китайские и отечественные предприятия работают над решениями от 10 кВт.

Андрей Тяжлов рассказал об ещё одной важной составляющей систем — лазерном излучателе. Потребителям стоит обратить внимание на такие параметры, как срок эксплуатации и выносливость.

Важно помнить: сервисные центры многих продавцов зарубежных лазерных станков в России выполняют лишь представительские функции, и для сложных ремонтов лазерных излучателей их отправляют на родину.

А так как установка лазерной резки — ключевое оборудование на производстве, от которого зависят остальные посты: гибка, сварка и очистка, — в случае поломки простаивает всё предприятие. Станок состоит из множества частей вроде гидравлики, мехатроники, пневматики и других, и не все из них можно обслуживать самостоятельно.

Поэтому нельзя исключать другой немаловажный аспект — выбор двигателя.

Эксперты советуют отдавать предпочтение линейному. Дело в том, что реечные движки имеют механически взаимодействующие друг с другом части, которые изнашиваются, да ещё и неравномерно. Линейный двигатель этих недостатков лишён. Но нужно учесть, что его применение в составе лазерных систем у производителей повышает стоимость оборудования.

Хорошим дополнением к системе является автоматический привод линзы.

Эта функция позволяет перестраивать фокусное расстояние с ЧПУ. По словам г-на Тяжлова, оператор выбирает из библиотеки материалов режим, а линзы самостоятельно опускаются и поднимаются на необходимое для резки фокусное расстояние.

Также в работе станков важно программное обеспечение. Андрей Тяжлов утверждает, что часто производители предлагают ПО с довольно скудным функционалом. Рассматривать лучше варианты с библиотеками режимов, автоматической раскладкой, оптимизацией контуров и чтением чертежей.

Отечественные предложения

Кстати для импортозамещающей повестки, в России есть компании, которые могут предложить станки с оптимальным соотношением скорости системы и мощности лазера. Например, «НПК Морсвязьавтоматика». В ассортименте компании есть одна бюджетная система серии Standard, работающая на серводвигателях. Скорость холостых перемещений достигает 120 м/мин.

Эксперт рекомендует использовать её на лазерах до 1,5 кВт, но возможна эксплуатация и на более мощных источниках, хотя на небольших толщинах это, опять же, невыгодно.

В целом, эта машина чаще всего используется с ручной загрузкой и выгрузкой, но опционально может поставляться с челночными столами, и предназначена для мелкосерийного производства.

Средним предприятиям пойдут станки серии Professional, их скорость холостых перемещений доходит до 170 м/мин.

А вот для крупных заводов предлагается серии Expert и Ultra. У последней, например, скорость холостых перемещений до 330 м/мин.

Ограничения

При выборе систем лазерной резки нельзя забывать и об ограничениях технологии.

Антон Шевела говорит, что в первую очередь встаёт вопрос о толщине материалов для резки. Например, для толстой стали целесообразнее всё же применять плазму или гидроабразив, так как лазер, если его мощность ниже 20 кВт, в таких условиях не даёт высоких показателей скорости и качества реза.

«Лазер хорошо отрабатывает 20–30 миллиметров, особенно в ситуациях, когда при тонком листовом металле есть большие партии. Тогда можно с высокой скоростью отрабатывать в три смены и существенно ускорять производство», — добавил г-н Шевела.

Сказано

У лазерной резки есть преимущество — малая зона термического влияния. Так как это лазерное излучение высококонцентрированное и скорость резки достаточно большая, деталь практически не получает тепловых концентраторов.

90% волоконных лазеров используются для лазерной резки

Текст: Анастасия Семёнова. Фото: freepik.com

Этот материал опубликован в журнале
Промышленные страницы №3, 2022.
Смотреть другие статьи номера
Автоматизация
Рекомендуем
Подпишитесь на дайджест «Промышленные страницы»
Ежемесячная рассылка для специалистов отрасли
Популярное на сайте
Бизнес-кейсы
Индустрия 4.0