Сравнение газовых СО2-лазеров с твердотельными

Лазерные станки с ЧПУ стремительно завоевали сектор высокотехнологичной обработки материалов. Благодаря высокой точности, скорости обработки, а также низкой удельной стоимости производства изделий, лазерные станки стали появляться там, где ещё недавно было немыслимо применение автоматической обработки (да ещё на «навороченных» станках с ЧПУ!). Достоинством лазерного оборудования также является простота в управлении и обслуживании. А кроме того, работа лазерного станка в тесной «связке» с персональным компьютером значительно упрощает подготовку производства — ведь управляющая программа создаётся на базе графического эскиза. А значит работа дизайнера уже почти является «готовым» заданием для производства!

Благодаря широкой модельной линейке от разных производителей, имеется возможность выбрать оптимальный тип лазерного станка с ЧПУ, наилучшим образом подходящий под требования конкретного производства. Однако неподготовленному покупателю разобраться в обилии технических характеристик достаточно сложно. И уже тем более, непросто решить — какую модель предпочесть? А главное, какой тип станка выбрать — «газовый» или «твердотельный»?

Особенности обработки лазером

Технология обработки лазером в корне отличается от контактного механического резания. При обработке заготовок фрезой или резцом острые клинья режущего инструмента отделяют пласты материала, отводимого в виде стружки. В результате поверхность заготовки приобретает нужную форму. В станках с ЧПУ режущий инструмент движется по запрограммированному маршруту, поэтому новая форма поверхности в точности соответствует цифровой модели изделия.

Лазерный станок с ЧПУ действует аналогично — перемещение головки вдоль маршрута обработки задаётся микрокомпьютером ЧПУ на базе загруженной программной модели. Только вместо фрезы, лазерный станок воздействует на материал заготовки высокоэнергетическим когерентным монохромным лучом — лазером. В результате термического воздействия материал заготовки испаряется. Соответственно, «обходя» лазером контур изделия, или двигаясь по плоскости «строка за строкой», станок может осуществлять резку или гравировку заготовок.

Благодаря особенностям физических процессов, обработка на лазерном станке происходит быстрее, чем на фрезерном. А качество шва и краёв реза оказывается выше — поскольку быстрый нагрев и испарение материала не позволяет теплу распространяться в тело заготовки (всё тепло от нагревания лазером отводится с отработавшими газами). Это даёт уникальную возможность работать с готовыми изделиями. И не просто сувенирными фигурками, или листами рекламных плакатов, а даже исправно функционирующими электронными устройствами, включая ноутбуки и iPhone’ы (для гравировки клавиатуры и корпусов соответственно).

Существенным достоинством лазерной обработки является очень тонкий шов реза и полное отсутствие твёрдых отходов. Ещё один плюс — низкий уровень шумов и меньший износ лазерного станка в процессе работы (по сравнению с фрезерным или токарным оборудованием).

Как устроен лазерный станок?

Сравнение лазерного оборудования с фрезерными станками далеко не случайно. Их конструктивные схемы очень похожи: прочный несущий корпус, горизонтальный рабочий стол для установки заготовки, инструментальный портал, перемещающийся над заготовкой в нескольких независимых плоскостях (трёх для лазерного станка), и управляющая электроника, контролирующая работу всего оборудования.

Относительно заготовки перемещение головки излучателя осуществляется благодаря силовым элементам — шаговым электродвигателям. Импульсы управления для них формирует система ЧПУ, благодаря чему лазерная головка занимает при обработке строго определённую программой позицию. Лазерное излучение генерируется специальным устройством — трубкой с активной средой (и встроенным оптическим резонатором). Для этого к трубке подводится электрическое напряжение (через специальный блок-трансформатор). Луч из лазерной трубки проходит через систему зеркал (частью подвижных — для обеспечения свободного перемещения головки излучателя) и «собирается» фокусирующей линзой на поверхности обрабатываемой заготовки. Получаемая лазерная «игла» и является тем режущим инструментом, которым «водит» система ЧПУ для получения готовых изделий из «сырой» заготовки.

В чём отличие «газового» лазера от «твердотельника»?

Как известно, для получения лазерного излучения требуется активная среда, энергия накачки и оптический резонатор, формирующий устойчивый поток фотонов нужной длины волны. Существующие модели станков с ЧПУ могут оснащаться газовыми или твердотельными лазерами. В газовых лазерах активной средой выступает смесь СО2, азота и гелия. В твердотельных для генерации лазера служат специальные монокристаллы. В первом случае энергией накачки выступает электрический ток (формирующий газовый разряд), во втором — поток света (от ламповой или светодиодной подсветки).

Принципиальным отличием этих типов лазеров является длина волны генерируемого излучения. Не каждый материал будет «прозрачен» для лазерных волн определённой энергии. Соответственно, эти типы лазеров предназначены, строго говоря, для работы с разными материалами. Для «газовых» лазеров это дерево, пластик, резина, кожа, бумага (и ряд прочих — исключая металлы). Для твердотельных — преимущественно только металлы (хотя другие материалы также можно гравировать — вопрос лишь в рентабельности такого процесса).

Таким образом, для СО2-лазера (в сравнении с твердотельным) можно выделить следующие особенности:

• значительно меньшая стоимость;
• большая простота в эксплуатации;
• большая универсальность;
• компактные размеры;
• большее разнообразие площадей рабочего стола (для разных модельных линеек станков);
• практически отсутствующая способность работы с металлами (за исключением гравировки – да и то с применением специальных паст или спреев);
• меньший срок службы лазерной трубки;
• и ряд других.

Вышеперечисленные «особенности» СО2-лазеров намеренно не разделены на достоинства и недостатки, поскольку «газовые» и «твердотельные» станки с ЧПУ не являются прямыми конкурентами. Там где требуется высокопроизводительная гравировка и маркировка металлических изделий (с возможностью сквозной резки металлов, толщиной до 0,5 мм, а также точечной сварки металлов) подойдёт твердотельный лазерный станок с ЧПУ. Во всех остальных случаях проще и дешевле применять станки с газовой лазерной трубкой.