Плюсы и минусы перехода на более мощные трубки

Лазерный станок с ЧПУ предназначен для бесконтактной обработки заготовок путём воздействия не поверхность лучом концентрированной энергии (лазером). Под действием высокой температуры в месте «облучения» поверхность заготовки нагревается и испаряется. За счёт движения головки лазерного излучателя относительно заготовки, реализуется программа обработки и «на выходе» получается готовое изделие. Управляющая программа (в основе которой лежит графический эскиз или 3D-модель изделия) загружается в память системы ЧПУ (числового программного управления) лазерного станка. Считывая коды программного файла, контроллер ЧПУ формирует управляющие импульсы для исполнительных элементов — электродвигателей инструментального портала. Через систему ременных передач электродвигатели задают перемещение инструментального портала, а значит и установленного на нём лазерного излучателя. Таким образом, система ЧПУ лазерного станка в точности воплощает программную модель, «обводя» лазером заготовку и придавая ей вид готового изделия.

Оптическая система лазерного станка с ЧПУ

Качественная обработка лазером зависит не только от быстроты передвижения и точности позиционирования лазерной головки вдоль траектории обработки. Важной составляющей также является характеристика лазерного излучения. Как известно из теории, лазер представляет собой узконаправленное когерентное излучение, инициируемое активной средой (и усиленное системой оптического резонатора) при наличии энергии накачки (т. е. внешнего питания).

В современных моделях лазерных станков с ЧПУ в качестве активной среды получила распространение газовая смесь (из углекислого газа, азота и гелия). Газовый лазер обладает высокой стабильностью излучения при сравнительно низких затратах энергии. Это свойство оказалось востребовано для недорогих, компактных лазерно-гравировальных станков — большинство моделей на рынке комплектуется именно «газовым лазером».

Конструкция оптической системы станка с ЧПУ представляет собой стеклянную газовую трубку с запаянной в ней активной газовой средой. Трубка может иметь длину от 0,8 м до 1,8 м, и развивать мощность от 40 Вт до 200 Вт (чем больше номинальная мощность трубки, тем соответственно выше её длина). лазерная трубка имеет токопроводящие выводы и подключается к отдельному питающему трансформатору, содержащему также устройство первичного «розжига» трубки.

Поскольку газовый лазер отличается склонностью к повышенному тепловыделению в процессе работы, все лазерные трубки современных станков с ЧПУ оснащены встроенной системой охлаждения. Для отвода излишков тепла сквозь лазерную трубку должна непрерывно прокачиваться охлаждающая жидкость (в общем случае — вода). Соответственно, система охлаждения включает в себя насос, соединительные трубопроводы и ёмкость для хранения запаса жидкости. Эта же ёмкость выполняет роль теплообменника (нагретая вода из лазерной трубки охлаждается путём смешения с более холодной массой запаса жидкости в ёмкости).

Температура лазерной трубки в рабочем состоянии оказывает решающее влияние на долговечность агрегата в целом. Ресурс лазерных трубок составляет 10-15 тыс. часов работы, что значительно меньше фактического срока службы самого станка. Поэтому лазерная трубка относится к расходным материалам и подлежит периодической замене. Однако при правильной эксплуатации и соблюдении рекомендованных режимов работы, ресурс лазерной трубки может быть сохранён и даже продлён сверх номинала.

Мощность лазера при обработке заготовок

Одним из главных достоинств современных лазерных станков с ЧПУ является их способность работы с различными материалами. Лазерный станок может обрабатывать (раскраивать, осуществлять фигурную резку или гравировать) заготовки из дерева, пластика, стекла, камня, бумаги, ткани, резины, кожи и ряда других. Такой спектр обрабатываемых материалов недоступен никакому другому оборудованию. В частности, традиционная контактная обработка резанием (на токарных или фрезерных станках с ЧПУ) не может «похвастаться» работой с вязкими материалами (вроде резины) или тонкими податливыми (бумагой, тканью, кожей).

«Всеядность» лазерного станка во многом обусловлена широким диапазоном изменения режимов обработки. При этом основными характеристиками обработки являются мощность лазерного луча скорость движения головки излучателя (относительно заготовки на рабочем столе).

Вполне очевидно, что мощность лазера должна корректироваться не только в зависимости от типа материала, но и от геометрических характеристик заготовки (вырезание аппликаций из папиросной бумаги требует совсем иных характеристик, чем сквозная резка толстой акриловой плиты!). Что касается скорости, то по идее, чем она выше, тем быстрее осуществляется обработка... Однако на практике оптимальные значения мощности лазера и скорости движения излучателя неразрывно связаны. При значительной мощности, но малой скорости есть риск оправления краёв шва. Напротив, при значительной скорости движения, «немощный» лазерный луч не до конца прорезает заготовку. Таким образом, для обеспечения требуемого качества обработки необходимо в каждом конкретном случае подбирать оптимальные значения мощности и скорости.

Зачем наращивать мощность лазерной трубки?

Существует расхожее мнение, что чем мощнее лазерная трубка, тем большую производительность может обеспечить лазерный станок с ЧПУ. Это справедливо только отчасти. Переходить на значительно более мощные трубки (по сравнению с базовой комплектацией станка) следует лишь для обработки таких материалов, с которыми заведомо не справляется более «слабенькая» трубка (например, с толстыми заготовками из плотного материала). Вторым неоспоримым плюсом мощной трубки является возможность увеличить скорость резки. Есть мнение, что более мощные лазерные трубки «живут» несколько дольше (за счёт некоторого «запаса прочности» и заведомой работе ниже уровня опасной перегрузки). Однако это преимущество весьма условно, так как ресурс трубки сильно зависит от конкретных условий обработки, а не от номинальной собственной мощности.

В то же время, переход на более мощные трубки несёт в себе неизбежные минусы. Во-первых, вместе с трубкой придётся менять блок питания (поскольку устройство «розжига» должно строго соответствовать по мощности «своей» лазерной трубке). Во-вторых, более мощные трубки неизбежно дороже. В-третьих, габариты лазерной трубки увеличиваются пропорционально мощности. Сможет ли имеющийся станок с ЧПУ уместить в своём отсеке такую «гигантскую» трубку?

В-четвёртых, чем выше мощность излучения, тем больше «толщина» лазерного луча. Следовательно, при «апгрейде» лазерной трубки возможно потребуется замена фокусирующей линзы головки излучателя на более короткофокусную (к примеру, для сохранения возможности тонкой гравировки).