Для обработки металлов используют более современные лазеры — оптоволоконные. Углекислотные подходят для работы с пластмассами, древесиной и ее производными, стеклом или камнем, полимерами: они показывают лучшие результаты, чем оптоволоконные. Однако такое разделение ролей условно: углекислотный лазер тоже можно использовать для металла — вплоть до 1980-х других технологий лазерной обработки просто не существовало. Сейчас ничто не мешает применять CO2 лазер: кроме того, что для раскроя стали или чугуна толщиной менее 20 мм, потребуется станок, мощность которого составляет не менее 2,5 кВт, а шум во время работы сопоставим с шумом проходящего мимо поезда.
В подавляющем большинстве случаев для работы по металлу сейчас применяют оптоволоконные лазеры — эта технология переживала настоящий бум в последнее десятилетие 20 века. В 2000 годах появились иттербиевые волоконные лазеры, которые демонстрируют куда большую эффективность, чем углекислотные.
Почему оптоволоконные лазеры лучше обрабатывают металл
Ключевое отличие (и преимущество) волоконных лазеров — меньшая длина волны. Это позволяет не просто точнее фокусировать луч на заготовке, но и глубже проникать в металл, а также эффективней нагревать его. При разнице в длине волны в десять раз (1,06 мкм у волоконного лазера против 10,9 мкм у углекислотного) значительно отличается и мощность, которую переносит лазерный луч в металл в границах контактного пятна.
Более толстый лазерный луч, который получают с помощью газовых лазеров, теряет часть мощности из-за отражения металлом части энергии. Особенно это проявляется при работе с металлами, имеющими высокую светоотражательную способность, например медью, бронзой или латунью. Луч оптоволоконного лазера быстрее проникает через светоотражающий барьер и теряет меньше энергии.
Таким образом, более высокая проникающая способность лазерных лучей из оптоволоконных установок позволяет тратить на резку меньше энергии: углекислотные установки в этом смысле просто неэкономичны.
Применение углекислотных лазеров
Несмотря на проблемы в работе с металлами, газовые лазеры не стоит списывать со счетов. Более старое оборудование, в котором источником лазерного луча служит смесь из углекислого газа, азота и гелия, возбуждаемая электричеством, справляется с обработкой пластика, древесины и камня, бумаги, стекла. С помощью газовых лазеров наносится стойкая к истиранию и выгоранию маркировка: на упаковочных материалах, чехла и корпусах электротехники.
СО2-лазер используют и в рекламе: например, для персонализации раздаточный и сувенирных материалов, в микроэлектронике — для работы с платами и микросхемами.
Там, где плотность мощности оптоволоконного лазера избыточна — при работе с различными органическими материалами, CO2 лазер незаменим: он дает ровный срез, который не нуждается в шлифовке, быстро прожигает даже толстые заготовки, демонстрирует высокую скорость реза.
Главный недостаток углекислотных лазеров — высокое энергопотребление. Этот показатель выше, чем у оптоволоконных лазерных установок, примерно в четыре раза. Поэтому, хотя установки CO2 дешевле, чем оптоволоконные, расходы на содержание у них выше.
Применение оптоволоконных лазеров
Область использования оптоволоконных лазеров или лазеров твердотельных — обработка черных и цветных металлов и сплавов.
В отличие от углекислотных установок, в оптоволоконных моделях источник лазерного луча — не газ, а лазерные диоды, свет которых превращается в лазерный луч внутри стержня из стекловолокна. Изготавливается волокно из фосфатного или силикатного стекла.
Лазеры этого типа справляются даже там, где CO2-модели тратят очень много энергии — при резке и обработке цветных металлов, которые имеют высокую светоотражательную способность.
В среднем расходы на содержание и эксплуатацию волоконных лазеров примерно в четыре раза ниже, чем у CO2 моделей. Скорость работы тоже выше — хотя она зависит не только от источника лазерного луча, но и от паспортной мощности устройства. А значит, выше и производительность: за одно и то же время работы оптоволоконный лазер справится с большим количеством заготовок.
Оптоволокно — для металла, углекислота — для всего остального
Если производству нужна лазерная установка для работы с металлом, в том числе цветным, имеет смысл выбирать среди волоконных (твердотельных) моделей. Работа с камнем, пластиком или деревом может быть выполнена и углекислотным лазером. Важно еще, что последние стоят дешевле, поэтому на них стоит обратить внимание, если бюджет на запуск производства ограничен.
