Лазерная резка
В конце XX начале XXI вв. область применения лазерных технологий расширилась. Появилось большое количество оборудования, основанного на применении лазерного излучения, часть такого оборудования составляют станки для резания и гравировки различных материалов. На лазерном оборудовании возможно резать такие материалы как: оргстекло, бумага, ватман, картон, ткань, кожа, керамика, искусственный камень, древесина, фанера, шпон, древесно-стружечные плиты и другие. Газовые лазеры позволяют обрабатывать большое количество неорганических материалов в зависимости от мощности лазерного излучения, скорости резания, расположения фокальной плоскости лазера.
Лазер - это источник света со свойствами, резко отличающимися от всех других источников (ламп накаливания, люминесцентных ламп, пламени, естественных светил и так далее). Лазерный луч обладает рядом замечательных свойств. Он распространяется на большие расстояния и имеет строго прямолинейное направление. Луч движется очень узким пучком с малой степенью расходимости. Лазерный луч обладает большой теплотой и может пробивать отверстие в любом материале. Световая интенсивность луча больше, чем интенсивность самых сильных источников света.
Лазерная резка – это современный способ раскроя различных материалов, она открывает неограниченные возможности для изготовления изделий сложных форм, в том числе эксклюзивного дизайна. К тому же, лазерная резка не требует высоких денежных затрат: независимо от количества деталей, цена на них будет практически одинаковая.
В основе лазерной обработки лежит простой научный факт: лазерный луч можно сконцентрировать на поверхности материала в пятно диаметром в десятые доли миллиметра. Если при этом лазер обладает достаточной мощностью, то происходит расплавление, испарение, разрушение, изменение структуры материала. Для превращения лазерного луча в инструмент, на его пути на расстоянии нескольких сантиметров от поверхности обрабатываемого материала ставится фокусирующая линза. Схема лазерной установки для раскроя листовых древесных материалов показана на рисунке 1.
Рис. 1. Схема лазерной установки для раскроя листовых древесных материалов
Газовый лазер 1 (активное вещество СО2) мощностью 200 Вт. Образует пучок лучей 2 диаметром 15 мм, который с помощью систем зеркал 3 и линз 4 концентрируется и направляется на обрабатываемую заготовку 5. для быстрого удаления продуктов сгорания обрабатываемого материала из зоны резания через сопло 6 с большой скоростью выбрасывается инертный газ, подаваемый через штуцер 7. перемещение лазерного луча относительно заготовки осуществляется автоматически по программе.
Фигурная резка древесных материалов широко используется на многих малых предприятиях при изготовлении наличников, карнизов, кронштейнов, мебели и кухонных изделий, шкатулок, сувениров и художественных изделий, эмблем и товарных знаков из драгоценных пород дерева, художественного инкрустированного паркета. Раскрой материалов из доски, фанеры, древесно-стружечных плит толщиной до 40 мм осуществляется по сложному программируемому контуру при скорости реза до 3 м/мин. Толщина получаемой щели при лазерной резки для тонких материалов составляет 0,3-0,4 мм, для фанеры толщиной 18 мм -0,7 мм.
По сравнению с традиционными методами лазерная резка обладает рядом неоспоримых преимуществ:
- при лазерной резке отсутствует механическое воздействие на обрабатываемый материал;
- сфокусированное лазерное излучение регулируемой мощности - идеальный инструмент, обеспечивающий качественную гладкую поверхность кромки реза любого материала независимо от его теплофизических свойств;
- точность позиционирования лазерной головки составляет 0,08 мм, за счет чего достигается высокая точность взаимного расположения элементов заготовки;
- применение лазерной резки, возможно, на легкодеформируемых и нежестких деталях;
- лазерный луч имеет диаметр около 0,25 мм, что позволяет создать отверстие диаметром от 0,50 мм;
- за счет большой мощности лазерного излучения обеспечивается высокая производительность процесса лазерной резки;
- возможность получить качественный срез, не требующий дополнительной обработки;
- возможность изготовить изделия любой сложности, в любом количестве и практически из любого материала.
Лазерный станок VL-4060
Рис. 2. Общий вид станка VL – 4060
Технические характеристики лазерного станка VL – 4060
Обработка осуществляется лазерным лучом, что позволяет получать детали любой сложности и высочайшего качества. Станок собран по модульной схеме, что делает его легкодоступным для диагностики и технического обслуживания.
Кроме сквозного резания, возможна поверхностная обработка, перфорирование, гравировка.
Конструктивные особенности станка
Рабочий стол (рис. 3), изготовленный из термостойкого материала, обеспечивает долговечность в эксплуатации и повышенную устойчивость к деформации. Стол можно точно регулировать на толщину обрабатываемого материала в автоматическом или ручном режиме. Возможность протяжки заготовки сквозь станок позволяет без труда обрабатывать крупные заготовки.
Рис. 3. Рабочий стол
Лазерная трубка представляет собой колбу с жидкостным охлаждением, заполненную СО2. Разреженность рабочего газа обеспечивает оптическую однородность среды с низким коэффициентом преломления. Излучатель позволяет добиться необходимой для выполнения различных операций плотности луча. Основное свойство лазерного луча - его высокая эффективная температура (даже при относительно малой средней мощности лазерного излучения или малой энергии лазерного импульса) открывает перед обработкой материала большие возможности (рис. 4).
Рис. 4. Лазерная трубка
Высокоточная передовая система позиционирования луча контролируется при помощи ЧПУ (рис. 5), что обеспечивает идеальное качество обработки материала. Благодаря идеально подобранным положениям зеркал и точной их настройки относительно друг друга достигаются наиболее необходимые параметры работы лазера (фокусное расстояние). Дюймовая линза и подача воздуха в зону обработки обеспечивает тонкую линию разреза без перегрева материала (компрессор поставляется в комплекте со станком).
Рис. 5. Система позиционирования лазерного луча
Прецизионные шаговые двигатели увеличенной мощности гарантируют высокую производительность и точность перемещения лазерной головки (рис. 6). Одним из главных преимуществ шаговых двигателей является возможность осуществлять точное позиционирование и плавную регулировку скорости.
Рис. 6. Прецизионный шаговый двигатель
Портал перемещается по прецизионным высокоточным призматическим направляющим (рис. 7). Их смазка не представляет особой сложности, и, как следствие, обеспечивается неограниченный ресурс работы. Изготовлены из современных высококачественных материалов, что существенно увеличивает срок их службы. Обладают большим запасом прочности.
Рис. 7. Призматические направляющие
Для обеспечения нужного температурного режима головки лазера, в станке установлена система водяного охлаждения. Система эффективно справляется с тепловыделением, поддерживая нужную температуру работы лазера благодаря термостату и радиатору с принудительным охлаждением.
Установленный на станке термостат обеспечивает высокую точность термостабилизации, благодаря микропроцессорному управлению работой. Контролирует оптимальный тепловой режим лазера и предотвращает перегревание оборудования.
Термостат вмонтирован в корпус станка. Дает возможность плавно изменять мощность лазерного генератора в процессе обработки. Позволяет вернуться к прерванной траектории и управлять перемещениями рабочего агрегата в ручном режиме. Для безопасной работы, снабжен кнопкой аварийной остановки станка. Станок управляется через порт USB или LAN, с компьютера, ноутбука или с КПК. Кроме этого, в блоке управления имеется встроенная память на 10 программ (рис. 8).
Рис. 8. Пульт управления
Программное обеспечение LASER CUT
Программное обеспечение поддерживает удобные и полезные функции при работе на станке, быстрое изменение параметров обработки, а также управление станком. Благодаря понятному программному обеспечению, работа на станке не требует от оператора высокой квалификации. Программа позволяет писать текст, рисовать и чертить, кроме этого, поддерживает импорт из всех известных CAD систем и дизайнерских программ.
Основные достоинства лазерного резания древесины включают в себя малую величину прорези, что позволяет в некоторых случаях оптимизировать раскрой и уменьшить отходы древесины. Экологическую чистоту процесса, отсутствие отходов (стружки и пыли), отсутствие вибрации и шума, отсутствие силы резания, вследствие чего отпадает необходимость в системе закрепления обрабатываемой заготовки, отсутствие износа инструмента и необходимости его затачивания или смены. Также необходимо отметить возможность производства деталей и рисунков сложной формы, что позволяет значительно повысить художественно-эстетические качества изделия. Лазерную технологию применяют при изготовлении мебели, художественного паркета, музыкальных инструментов, сувенирной продукции, эксклюзивных изделий из древесины.
Однако метод лазерного резания имеет и недостатки. Сквозное лазерное резание целесообразно применять только при изготовлении изделий сложной формы. Обработку которых производят ручным способом, либо применением большого количества технологических операций. Почернение (потемнение) обработанных поверхностей, хотя в одних случаях это не имеет значения, а в других может использоваться как средство художественного решения (гравирование мебельных деталей, изготовление бытовых декоративных элементов).
Внедрение лазера в деревообрабатывающем производстве позволит разнообразить форму традиционных пильных деталей, лучше использовать материал, повысить эстетические качества шпона, обеспечить более широкие возможности в области дизайна изделий и применения различных способов их производства, интеграции процессов (пиление, фрезерование, шлифование).
Образцы изделий выполненных с помощью лазерных станков представлены на рисунках 9-13.
Рис. 9. Гравировка выполненная на лазерном станке
Рис. 10. Прорезная резьба с контурной гравировкой
Рис. 11. Накладная резьба с контурной гравировкой
Рис. 12. Подставка, детали изделия вырезаны на лазерном станке
Рис.13. Игровой дом собранный из элементов вырезанных на лазерном станке
Литература:
1.Амалицкий В.В., Амалицкий В.В. Деревообрабатывающие станки и инструменты: Учебник для сред. Проф. Образования. – М.: Издательский центр «Академия», 202.- 400 с.
2. Ветошкин Ю.И., Старцев В.М., Задимидько В.Т.
Деревянные художества: учеб. пособие. Екатеринбург:
Урал. гос. лесотехн. ун-т. 2012.
