Aktualności i wydarzenia

Czym jest maszyna do cięcia laserowego?

Obecnie wycinarka laserowa jest najpopularniejszą maszyną do cięcia metalu w branży maszyn do obróbki blachy. Dzięki przełomowi technologicznemu w dziedzinie laserów światłowodowych w Chinach od 2010 roku, ceny wycinarek laserowych drastycznie spadły, a coraz więcej klientów wybiera właśnie laser zamiast tradycyjnych maszyn do cięcia metalu, takich jak plazma. maszyna do cięcia blach i maszyny do cięcia strumieniem wody itp.

Krótkie wprowadzenie do maszyny do cięcia laserowego

Maszyna do cięcia laserowego skupia emitowany przez laser strumień laserowy w wiązkę laserową o wysokiej mocy i gęstości, przechodząc przez układ ścieżek optycznych. Wiązka laserowa oświetla powierzchnię obrabianego przedmiotu, doprowadzając go do temperatury topnienia lub wrzenia, podczas gdy gaz pod wysokim ciśnieniem, współosiowy z wiązką, zdmuchuje stopiony lub odparowany metal.

Gdy wiązka światła przesuwa się względem obrabianego przedmiotu, ostatecznie tworzy w materiale szczelinę tnącą, dzięki czemu osiągany jest cel cięcia.

Cięcie laserowe zastępuje tradycyjne ostrza mechaniczne niewidzialnymi wiązkami światła. Charakteryzuje się wysoką precyzją, szybkością cięcia, brakiem ograniczeń co do wzoru cięcia, automatycznym zapisywaniem materiałów, płynnym cięciem i niskimi kosztami obróbki. Stopniowo udoskonala lub zastępuje tradycyjny sprzęt do cięcia metalu.

Główne cechy maszyn do cięcia laserowego

Mechaniczna część ostrza laserowego nie styka się z obrabianym przedmiotem, dzięki czemu podczas pracy nie powstają zarysowania na jego powierzchni.
Cięcie laserowe jest szybkie, nacięcie jest gładkie i płaskie i zwykle nie wymaga dalszej obróbki.
Strefa wpływu ciepła podczas cięcia jest mała, odkształcenie płyty jest niewielkie, a szew tnący jest wąski (0,1 mm~0,3 mm).
Nacięcie nie powoduje żadnych naprężeń mechanicznych ani zadziorów ścinających.
Wysoka dokładność obróbki, dobra powtarzalność i brak uszkodzeń powierzchni materiału.
Programowanie CNC pozwala na przetwarzanie dowolnych rysunków płaskich, a także na cięcie dużych płyt bez konieczności stosowania form, co jest rozwiązaniem ekonomicznym i oszczędzającym czas.

Zasada działania maszyny do cięcia laserowego

Laser to rodzaj światła, które, podobnie jak inne naturalne światło, powstaje w wyniku przemiany atomów (cząsteczek, jonów itp.). Różni się jednak od zwykłego światła tym, że laser opiera się jedynie na emisji spontanicznej przez bardzo krótki okres czasu, a późniejszy proces jest całkowicie determinowany przez promieniowanie wzbudzające. Dzięki temu laser charakteryzuje się bardzo czystą barwą, praktycznie zerową kierunkowością rozbieżną, wyjątkowo wysoką intensywnością światła i wysoką spójnością.

Cięcie laserowe odbywa się poprzez wykorzystanie energii o wysokiej gęstości mocy generowanej przez ogniskowanie laserowe. Pod kontrolą komputera, laser jest wyładowywany impulsowo, aby wytworzyć kontrolowany, powtarzalny laser impulsowy o wysokiej częstotliwości, tworząc wiązkę światła o określonej częstotliwości i szerokości impulsu. Impulsowa wiązka laserowa jest przesyłana i odbijana przez tor optyczny, a następnie skupiana na powierzchni obrabianego przedmiotu za pomocą grupy soczewek skupiających, tworząc drobne, wysokoenergetyczne punkty świetlne. Punkty ogniskowe znajdują się w pobliżu obrabianej powierzchni i natychmiast topią lub odparowują obrabiany materiał w wysokiej temperaturze. Każdy impuls lasera o wysokiej energii natychmiast natryskuje mały otwór na powierzchnię przedmiotu. Pod kontrolą komputera, głowica laserowa i obrabiany materiał poruszają się względem siebie w sposób ciągły, zgodnie z wcześniej narysowanym kształtem, nadając przedmiotowi pożądany kształt.

Parametry procesu (prędkość cięcia, moc lasera, ciśnienie gazu itp.) oraz trajektoria ruchu podczas cięcia są kontrolowane przez system CNC, a żużel w miejscu cięcia jest zdmuchiwany przez gaz pomocniczy pod określonym ciśnieniem.

Skład części maszyny do cięcia laserowego

System maszyny do cięcia laserowego składa się zazwyczaj z generatora laserowego, (zewnętrznych) elementów transmisji wiązki, stołu roboczego (obrabiarki), szafy sterowniczej mikrokomputera numerycznego, chłodnicy i komputera (sprzęt i oprogramowanie).

1) Część hosta obrabiarki: Część obrabiarki laserowej, czyli część mechaniczna realizująca ruch w osiach X, Y i Z, w tym platforma robocza. Służy do umieszczania obrabianego przedmiotu i jego prawidłowego i dokładnego przemieszczania zgodnie z programem sterowania, zazwyczaj napędzana serwomotorem.

2) Generator laserowy: urządzenie generujące źródło światła laserowego. Do cięcia laserowego, z wyjątkiem kilku przypadków, w których używane są lasery półprzewodnikowe YAG, zdecydowana większość używa laserów gazowych CO2 o wysokiej wydajności konwersji elektrooptycznej i możliwościach generowania dużej mocy wyjściowej sprzed 2010 roku. Ze względu na wysokie wymagania dotyczące jakości wiązki w cięciu laserowym, nie wszystkie lasery mogą być używane do cięcia. Tryb gaussowski jest odpowiedni dla laserów CO2 o mocy poniżej 1500 W, laserów CO2 o niskim trybie o mocy od 100 W do 3000 W oraz laserów CO2 wielomodowych o mocy powyżej 3000 W. Jednak po 2010 roku, wraz z rozwojem laserów światłowodowych w Chinach, laser CO2 jest stopniowo zastępowany przez Fmaszyna do cięcia laserowego iberObecnie maszyna do cięcia laserem światłowodowym stała się najpopularniejszym wyborem na rynku laserowym.

3) Zewnętrzna ścieżka optyczna: lustro refrakcyjne służące do kierowania lasera w pożądanym kierunku. Aby zapewnić prawidłowe funkcjonowanie ścieżki wiązki, wszystkie lustra muszą być zabezpieczone osłonami ochronnymi, a soczewki należy zabezpieczyć czystym gazem ochronnym pod ciśnieniem dodatnim, chroniącym je przed zanieczyszczeniem. Zestaw soczewek o wysokiej wydajności skupia wiązkę światła bez kąta rozbieżności w nieskończenie małym punkcie. Zazwyczaj stosuje się soczewkę o ogniskowej 5,0 cala. Soczewki 7,5 cala są stosowane tylko w przypadku materiałów o grubości >12 mm.

4) System CNC: steruje obrabiarką w celu uzyskania ruchu w osiach X, Y i Z, a także kontroluje moc wyjściową lasera.

5) Zasilacz stabilizowany: podłączony między laserem, obrabiarką CNC i systemem zasilania. Służy głównie do zapobiegania zakłóceniom z zewnętrznych sieci energetycznych.

6) Głowica tnąca: składa się głównie z takich elementów jak wnęka, gniazdo soczewki ogniskującej, zwierciadło ogniskujące, czujnik pojemnościowy i dodatkowa dysza gazowa. Napęd głowicy tnącej służy do napędzania głowicy tnącej, aby poruszała się ona wzdłuż osi Z zgodnie z programem. Składa się z serwosilników i elementów przekładni, takich jak śruby lub koła zębate.

7) Konsola sterownicza: służy do sterowania całym procesem roboczym urządzenia tnącego.

8) Jednostka chłodząca: służy do chłodzenia generatora laserowego. Laser to urządzenie, które zamienia energię elektryczną na energię świetlną. Na przykład laser gazowy CO2 ma zazwyczaj współczynnik konwersji 20%, a pozostała energia jest przekształcana w ciepło. Woda chłodząca odprowadza nadmiar ciepła, aby utrzymać prawidłową pracę generatora laserowego. Jednostka chłodząca chłodzi również zewnętrzny reflektor ścieżki światła i lustro ogniskujące obrabiarki, zapewniając stabilną jakość transmisji wiązki i skutecznie zapobiegając deformacjom lub eksplozjom spowodowanym wysoką temperaturą soczewki.

9) Butla gazowa: obejmuje butlę z gazem stanowiącą medium robocze oraz butlę z gazem pomocniczym maszyny do cięcia laserowego, stosowaną w celu uzupełnienia gazu przemysłowego do wibracji laserowych oraz gazu pomocniczego do zasilania głowic tnących.

10) Sprężarki powietrza i zbiorniki magazynowe: dostarczają i przechowują sprężone powietrze.

11) Osuszacz powietrza i filtr: służą do dostarczania czystego, suchego powietrza do generatora laserowego i ścieżki wiązki, aby utrzymać normalną pracę ścieżki i reflektora.

12) Odpylacz spalin: Odciąga dym i pył powstające w trakcie przetwarzania i filtruje je, aby zapewnić, że emisja gazów spalinowych spełnia normy ochrony środowiska.

13) Maszyna do usuwania żużlu: usuwa resztki materiałów i odpady powstające w trakcie przetwarzania.

Generator laserowy

Laser gazowy CO2

Od czasu wprowadzenia technologii laserowej do cięcia blach, lasery CO2 dominowały na rynku w latach 1995-2005. Źródła światła laserowego CO2 wymagają dużej energii, aby wzbudzić cząsteczki azotu do zderzenia z cząsteczkami CO2 (gazem laserowym), co powoduje emisję fotonów, tworząc ostatecznie wiązkę laserową, która może przecinać metale. Aktywność molekularna wewnątrz wnęki rezonansowej uwalnia zarówno światło, jak i ciepło, co wymaga systemu chłodzenia gazu laserowego. Oznacza to, że proces chłodzenia wymaga zużycia większej ilości energii, co dodatkowo obniża efektywność energetyczną.

Laser światłowodowy

Od 2010 roku technologia laserów światłowodowych dokonała przełomu, a lasery światłowodowe zaczęły dominować na rynku cięcia laserowego. Maszyny wykorzystujące lasery światłowodowe zajmują mniej miejsca, a objętość źródła lasera i układu chłodzenia jest również mniejsza; nie ma rurociągu gazowego ani potrzeby regulacji soczewek. Źródła laserów światłowodowych o mocy 2 kW lub 3 kW wymagają jedynie 50% mniej energii niż źródła laserów CO2 o mocy 4 kW lub 6 kW, aby osiągnąć tę samą wydajność, przy większej prędkości, niższym zużyciu energii i mniejszym wpływie na środowisko. Obecnie coraz więcej fabryk laserów do cięcia wprowadza na rynek urządzenia o mocy 10 000 W. maszyna do cięcia laserem światłowodowym arkuszy, które może stać się zamiennikiem maszyny do cięcia plazmowego lub palnikowego.

Laser światłowodowy wykorzystuje diody półprzewodnikowe do pompowania cząsteczek wewnątrz włókna z podwójnym płaszczem, domieszkowanego iterbem. Wyemitowane światło stymulowane przechodzi przez rdzeń włókna wielokrotnie, a następnie tworzy strumień laserowy, przechodząc przez włókno transmisyjne do głowicy tnącej. Ponieważ wszystkie zderzenia między cząsteczkami zachodzą wewnątrz włókna, nie ma potrzeby stosowania gazu laserowego, co przekłada się na znaczną redukcję zapotrzebowania na energię – około jedną trzecią zapotrzebowania na energię lasera CO2. Dzięki mniejszej ilości generowanego ciepła można odpowiednio zmniejszyć objętość chłodnicy. Podsumowując, przy tej samej wydajności, całkowite zużycie energii laserów światłowodowych jest o 70% niższe niż laserów CO2.

Perspektywy rynkowe maszyn do cięcia laserowego

Perspektywy rynkowe dla maszyn do cięcia laserowego są szerokie, głównie ze względu na następujące czynniki:

Popyt konsumentów i rozwój technologiczny w przemyśle wytwórczym: Dzięki rozwojowi technologii takich jak Przemysł 4.0 i sztuczna inteligencja, maszyny do cięcia laserowego osiągną poziom automatyzacji, a operacje przetwarzania cyfrowego ulegną poprawie, co zwiększy wydajność i dokładność przetwarzania.
Innowacje w technologii źródeł światła laserowego: Prędkość cięcia i koszt maszyn do cięcia laserowego ulegną poprawie, a szybki rozwój przemysłowych laserów światłowodowych i laserów dyskowych przyniesie zmiany technologiczne.
Szerokie zastosowanie: urządzenie do cięcia laserowego nadaje się do cięcia różnych materiałów, w tym metali i materiałów niemetalowych, i jest szeroko stosowane w przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym, komunikacji elektronicznej, komputerowym i innych dziedzinach.
4. Przyszłe oczekiwania rynkowe: Oczekuje się, że do 2025 r. globalny rynek maszyn do cięcia laserowego osiągnie wartość 10 miliardów dolarów amerykańskich, podczas gdy wartość rynku chińskiego osiągnie 4 miliardy dolarów amerykańskich, a popyt rynkowy będzie nadal utrzymywał się na wysokim poziomie wzrostu.

Podsumowując, perspektywy rynkowe urządzeń do cięcia laserowego są bardzo szerokie, a perspektywy jego zastosowania szerokie. Urządzenia te staną się jedną z kluczowych technologii w erze inteligentnej produkcji.

Zastosowania przemysłowe

Zastosowanie laserowych maszyn do cięcia metalu jest bardzo szerokie, obejmuje wiele branż i stanowi jedno z podstawowych urządzeń dla wielu przedsiębiorstw. Należą do nich m.in. produkcja szyldów reklamowych (głównie logo ze stali nierdzewnej i wycinanie identyfikatorów), obróbka blachy (obróbka blachy obejmuje zasadniczo wszystkie materiały metalowe, w tym gięcie, polerowanie itp., a cięcie jest jednym z najważniejszych procesów), produkcja podwozi i szaf (zwykle ze stali węglowej lub nierdzewnej i obejmuje głównie dwa procesy cięcia: gięcie i cięcie), płyty sprężynowe (które należą do procesu obróbki precyzyjnej), części metra, obudowy wind, obudowy urządzeń mechanicznych oraz przybory kuchenne (głównie ze stali nierdzewnej). Szeroko stosowane w obróbce blachy, produkcji szyldów reklamowych, produkcji szaf elektrycznych wysokiego i niskiego napięcia, części mechanicznych, artykułów kuchennych, motoryzacji, maszynach, rzemiośle metalowym, brzeszczotach pił, częściach elektrycznych, przemyśle szklarskim, ostrzach sprężynowych, płytkach drukowanych, czajnikach elektrycznych, mikroelektronice medycznej, sprzęcie, nożach i narzędziach pomiarowych oraz innych gałęziach przemysłu.

Zastosowanie technologii obróbki laserowej w branży reklamowej obejmuje głównie dwie metody pracy: cięcie laserowe i grawerowanie laserowe.

Grawerowanie laserowe

Grawerowanie laserowe: wykonywane głównie na powierzchni przedmiotów, dzieli się na dwa typy: grawerowanie bitmapowe i grawerowanie wektorowe:

Grawerowanie bitmapowe: Najpierw umieszczamy grafikę, którą chcemy wyrzeźbić, w Photoshopie i konwertujemy ją do monochromatycznego formatu BMP. Następnie otwieramy plik graficzny w dedykowanym oprogramowaniu do grawerowania i cięcia laserowego. W zależności od obrabianych materiałów, ustawiamy odpowiednie parametry i klikamy „Uruchom”. Grawerka laserowa wytnie obraz zgodnie z efektem matrycy punktowej wygenerowanym przez plik graficzny.

Grawerowanie wektorowe: Do projektowania układu należy używać oprogramowania wektorowego, takiego jak Coreldraw, AutoCad, Illustrator itp., a następnie eksportować grafikę do formatów PLT, DXF, AI, maszyn znakujących, a następnie za pomocą specjalistycznego oprogramowania do cięcia i grawerowania laserowego otworzyć plik graficzny i przesłać go do maszyny grawerującej laserowo w celu przetworzenia.

W branży reklamowej nadaje się głównie do obróbki materiałów takich jak płyty drewniane, płyty dwukolorowe, szkło organiczne i papier kolorowy.

Cięcie laserowe

Cięcie laserowe: Możemy je rozumieć jako rozdzielanie krawędzi. W tym celu należy najpierw przekonwertować grafikę na linie wektorowe w programach CORELDRAW i AUTOCAD, użyć pneumatycznych maszyn znakujących, a następnie zapisać ją w odpowiednich formatach PLT i DXF. Należy otworzyć plik za pomocą oprogramowania do obsługi wycinarki laserowej, ustawić parametry energii i prędkości zgodnie z obrabianym materiałem, a następnie uruchomić program. Po otrzymaniu instrukcji z komputera, wycinarka laserowa automatycznie rozpocznie cięcie zgodnie z trasą lotu wygenerowaną przez oprogramowanie. Na przykład, istniejące wycinarki laserowe mogą automatycznie wycinać wzory, rysując szablony na komputerze i wprowadzając je bezpośrednio do komputera. Istniejące wycinarki laserowe zazwyczaj posiadają własne dyski twarde, które mogą pobierać dane z ogromnych źródeł.

Istnieją 3 główne typy maszyn do cięcia laserowego. Maszyna do cięcia laserowego blach służy do cięcia arkuszy blachy. Maszyna do cięcia laserowego rur jest profesjonalną maszyną do cięcia laserowego rur i przewodów. Maszyna do cięcia laserowego blach i rur łączy w sobie dwa powyższe typy funkcji, umożliwiając cięcie blachy i rur na jednej maszynie.