Возможно ли кроить тонколистовой металл лазерным лучом?


Несколько слов о лазерной технологии

Лазер – это когерентный пучок света высокой интенсивности. Разрушение металла происходит за счет его локального нагрева. Теоретически, при резком выбросе энергии в виде концентрированного светового луча возможно столь быстрое возбуждение электронов и атомов облучаемого объекта, что произойдет его взрыв (вне зависимости от природы и строения вещества). На практике такое, конечно же, невозможно. По крайне мере на заданном уровне развития техники. Да и не нужно это в промышленности, скорее в военной отрасли.

Что касается устройства для получения такого пучка света, то оно довольно просто – рабочее тело (бывают газовые и твердотельные лазеры), набор отражающих зеркал с высокой точностью обработки и источник яркого света для возбуждения электронов на верхних орбиталях атомов рабочего тела. Простота конструкции позволяет использовать ее в любом устройстве, включая станки для резки металла линии металлочерепицы или профнастила. Управление рабочим инструментом осуществляется бортовым компьютером. Уникальность технологии лазерной резки металла заключается в том, что она позволяет автоматизировать весь процесс раскроя, одновременно добиваясь очень высокого качества среза.

Сложные конструкции приборов подразумевают применение не менее сложной и дорогостоящей вычислительной техники, которая бы отслеживала перемещение рабочего инструмента и, при необходимости, корректировала его. Такое оснащение используется, например, при резке труб. Вообще лазерные технологии в металлурги наибольшее распространение получили при обработке заготовок из хрупких материалов, когда традиционные способы раскроя – ударом гильотинного ножа могут привести к повреждению всей заготовки.

Еще один немаловажный аспект – себестоимость выпуска продукции никак не зависит от объема партии, а потому лазеры проникают в перовую очередь в те отрасли, где распространено мелкопартионное и штучное производство. На обрабатываемой поверхности не остается никаких заметных глазу повреждений, и это при условии крайне высокой точности обработки. Низки потери материала, что благоприятно сказывается на себестоимости выпуска единицы готовых изделий. Однако высокую точность можно рассматривать как избыточную для профилегибочной отрасли, а потому расценивать это как ощутимое преимущество не следует.

Автоматизация основных процессов позволяет получать срез разной формы и очертаний, что также не является необходимостью в условиях, когда все заготовки раскраиваются по прямым линиям. Помимо самого резака конструкция станка предусматривает устройство зажимного механизма (набор валиков и кулачков). Учитывая эксплуатационные качества лазерных устройств рационально применять их совместно с роботами манипуляторами.

Насколько это целесообразно?

Преимущества светового раскроя металла:

  • высокая точность обработки заготовок, отклонение не более 0,05-0,1 мм, что бесполезно при изготовлении металлической черепицы, сайдинга, профилированных листов и т.д. (для осуществления которой часто и оснащаются линии);
  • универсальность, способность работать с любым типом материала, легкая переналадка оборудования на выпуск иной продукции, что несомненный плюс, т.к. обычно на одних и тех же станках обрабатываются стальные и алюминиевые листы толщиной от 0,4 до 2 мм;
  • высокая производительность, при этом низкая себестоимость выпускаемых изделий, не зависящая от объема партии, что является существенным плюсом в условиях неустойчивого трудно прогнозируемого спроса;
  • отсутствие металлической стружки и пыли, сколов, неровностей и шероховатости на срезе, нарушения защитного покрытия (часто металлические листы подвергаются механической обработке с уже нанесенными на их поверхность полимерными или лакокрасочными пленками).

Недостатки:

  • избыточный функционал, в частности возможность раскроя металла по разным формам (при изготовлении профнастила и его производных резка осуществляется только по прямым линиям);
  • наличие альтернативы в виде циркулярных пил и гильотинных ножниц, потенциал конструкции которых до конца не израсходован;
  • избыточная мощность лазерного луча;
  • нестандартность конструкции (необходимость привлечения специально подготовленных сотрудников для настройки, ТО и обслуживания);
  • меньший срок службы;
  • высокое энергопотребление (до нескольких сотен кВт), малый КПД.

Несмотря на очевидные преимущества лазерной обработки металлов по сравнению с механической, распространение световых устройств при изготовлении профилированных металлических листов в ближайшем будущем маловероятно, в силу их избыточной мощности.