Лазерные станки используют для обработки металлических и неметаллических (из камня, стекла, пластиков) заготовок. Лазер способен как снять верхний слой материала, так и прожечь его насквозь — все зависит от мощности, длительности воздействия лазерного луча, способа его «доставки» до поверхности заготовки, а также метода генерации.
Используют лазерные станки двух типов: углекислотные (газовые) и оптоволоконные. Первые подходят для обработки неметаллов, вторые предназначены для работы в основном с металлами. Разберемся, в чем принципиальные отличия типов лазерных станков: как генерируется в них лазерный луч, каковы особенности конструкции и область применения лазеров разных типов.
Углекислотные (CO2) лазеры: принцип работы
Углекислотные лазеры представляют собой непроницаемые трубки из стекла, разделенных на несколько отсеков. Главный отсек заполнен смесью из углекислого газа, азота и гелия. Часто в газовую смесь включают ксенон и водород. Под воздействием электрического тока газ, проходя через отсеки трубки, формирует лазерный луч.
Управляется лазерный луч с помощью системы отражающих поверхностей — зеркал. В принципиальной схеме углекислотного лазера их четыре: рефлекторы располагаются последовательно. Задача системы зеркал состоит в том, чтобы:
- максимально точно сориентировать лазерный луч на поверхности обрабатываемой заготовки.
- сократить до минимума потери энергии при «транспортировке» луча.
- точно сфокусировать луч на заготовке — за фокусировку отвечает линза (может быть как выпуклой, так и вогнутой), которая размещается в системе зеркал последней.
Лазерный луч образуется при воздействии на газ электрических импульсов с очень высоким напряжением. Избыток тепловой энергии отводится от трубок с помощью системы охлаждения: теплоносителем может быть как вода, так и антифриз. Из-за интенсивного тепловыделения система охлаждения должна вмещать большой объем теплоносителя. Это делает старые модели лазерных установок на CO2 массивными.
Несмотря на то, что углекислотные лазеры рекомендуют использовать для работы с неметаллическими заготовками, они способны справиться и с металлом. Для повышения качества реза на металлические заготовки наносят термопасту, однако такой способ обработки далек от идеального.
Твердотельные лазеры
В твердотельных или оптоволоконных лазерах источник лазерного луча — специальные диодные лампы, свет которых преобразуется в лазер в кабеле из волокна на основе кварца. Кабель имеет легирующее покрытие, окружен волноводами. Его длина может достигать нескольких десятков метров. Чтобы увеличить интенсивность лазерного луча, оконцовки волокна обрабатываются: на них наносят надрезы. Получающиеся на концах кабеля плоскости играют роль отражателей, которые усиливают мощность лазера. Фокусировка производится с помощью линзы: она формирует тонкий луч, что способствует снижению потерь энергии «по дороге» до поверхности детали. Фокусирующая линза подвижна: она встроена в головку (рабочую часть лазерной установки), закрепленной в каретке, которая может перемещаться. Перемещение линзы позволяет регулировать рабочие параметры лазера в зависимости от задачи и особенностей материала в обработке.
Оптоволоконные лазеры применяются для обработки металлов и сплавов. Кроме того, они подходят для работы с камнем, стеклом, различными пластиками. Кроме резки, в том числе фигурной, оптоволоконный лазер может гравировать — благодаря возможностям тонкой настройки и фокусировки луча.
Независимо от источника лазерного луча, работа непосредственно с заготовками происходит примерно одинаково. Управляет работой лазерной установки специализированное программное обеспечение: рабочие программы создаются в специальных редакторах, после чего через носитель (в старых моделях) или через удаленный доступ (в большинстве современных устройств) заносится в память станка. Данные о форме детали после обработки поступают на контроллер, который интерпретирует их и задает станку последовательность операций. Движение головки лазера происходит с помощью специальных двигателей или приводов. Так, шаг за шагом, заготовка приобретает вид, заложенный в рабочей программе. Это не исключает последующей обработки заготовки — ей может понадобиться шлифовка и доводка, но основные операции делает именно лазерная установка.
