Волоконные лазеры более компактны по сравнению с CO2, обладают меньшими размерами и весом. У них высокая эффективность преобразования электроэнергии в излучение (до 30-40% против 10-15% у CO2-лазеров).
Фото с сайта Мастер Laser
Факторы, определяющие необходимую мощность лазерного источника
• Теплопроводность материала. Материалы с высокой теплопроводностью, (например, алюминий), требуют меньшей мощности лазера из-за быстрого распространения тепла. Для обработки материалов с низкой теплопроводностью, (таких как, нержавеющая сталь или титан) из-за локализации тепла в зоне резки необходима большая мощность.
• Отражающая способность. Полированные металлы имеют свойство отражать лазерное излучение. Для обработки таких материалов используются лазерные источники от 1000 Ватт, так как они позволяют преодолеть отражение.
• Толщина материала. Чем толще материал, тем больше энергии требуется для полного прорезания, гравировки или маркировки. Например, для резки стали толщиной 1 мм подходит лазер мощностью 500 Вт, в то время как для стали толщиной 10 мм потребуется уже 3-4 кВт.
Также мощность лазерного источника напрямую влияет на скорость обработки. Это подробнее указано в таблице ниже.
Фото с сайта Мастерская-магазин A.S.G. Design
Как выбрать мощность лазерного источника
Для решения этой задачи учитывайте следующие параметры:
• Толщина рамы. Станки с толстой и прочной рамой (12-16 мм) позволяют устанавливать мощные источники лазерного излучения (от 4 кВт). Станки с рамой 10-12 мм подходят для источников 1.5-6 кВт. Тонкие рамы 8-10 мм ограничивают мощность до 2 кВт.
• Тип обрабатываемого металла. Лазерные станки для обработки высокоотражающих металлов (медь, алюминий и латунь) требуют специальной защиты от отраженных лучей. Например, лазерный источник IPG предлагает два варианта исполнения такой защиты: LK с пассивной системой, которая обнаруживает опасные отражения и информирует оператора, и LS, способной автоматически нивелировать выявленные отражения без прерывания работы. Поэтому LS подходит для обработки металлов с высокой отражающей способностью.
• Размер заготовок. Крупные заготовки позволяют станку достичь максимальной скорости резки благодаря достаточному пространству для разгона и торможения. На больших деталях лазерная головка двигается быстрее, что повышает общую производительность. При работе с мелкими заготовками станок может не успевать достигать предельной скорости из-за коротких расстояний.
• Качество кромки реза. Для прецизионной обработки толстых металлов требуется источник большей мощности, который обеспечивает узкий рез и соответствие геометрии реза. Но важно соблюдать баланс: чрезмерная мощность приведёт к перегреву металла и ухудшению качества реза. Нужно понимать, насколько для вас важно качество реза, и, исходя из этого, выполнять подбор.
• Энергопотребление. Общее энергопотребление включает в себя не только сам лазер, но и вспомогательные системы (охлаждение, вытяжка, приводы). Для станка с лазером 2 кВт общее потребление достигает 15-20 кВт. Для работы лазерного оборудования требуется стабильное напряжение в пределах ±5% от номинального значения.
• Стоимость эксплуатации. Важно учитывать не только первоначальные затраты на приобретение, но и долгосрочные расходы на эксплуатацию. С увеличением мощности станка возрастают затраты на его обслуживание, расходные материалы и электроэнергию. Рекомендуется провести детальный анализ соотношения производительности и эксплуатационных расходов.
• Система охлаждения. Учитывайте тип охлаждения: воздушное, водяное или комбинированное. Каждый тип имеет свои преимущества и недостатки. Для мощных лазерных станков, работающих в режиме непрерывной эксплуатации, рекомендуется использовать водяное охлаждение. Водяной чиллер обеспечивает отведение тепла от лазерного источника и других компонентов станка, что позволяет поддерживать стабильную работу даже при высоких нагрузках. Это важно для станков с мощностью от 2 кВт, где воздушного охлаждения может быть недостаточно для обеспечения оптимальной температуры.
Фото с сайта LASERCUT
На какие марки лазерных источников следует обратить внимание
Марки лазерных источников IPG, Maxphotonics, Raycus, JPT давно зарекомендовали себя на рынке.
Они востребованы благодаря:
1. Применению передовых технологий, а также строгому контролю качества на всех этапах производства. Использование современных методов напыления зеркал резонатора обеспечивает высокую отражательную способность.
2. Длительному сроку службы, стабильностью характеристик. Источники IPG, Maxphotonics и Raycus способны работать непрерывно в течение 100 000 часов, сохраняя при этом стабильность мощности и качества луча.
3. Надёжности, что минимизирует простои оборудования, снижает затраты на ремонт.
4. Высокому КПД – это снижает энергопотребление, а также затраты на эксплуатацию. КПД рассматриваемых источников достигает 40-50%, что больше, чем у других типов лазеров.
5. Качеству луча, что обеспечивает эффективную резку, а также минимальную зону термического влияния. Высокая плотность мощности и малый диаметр сфокусированного пятна. Обработка с минимальным нагревом материала вокруг области реза.
Фото с сайта LASERCUT
Сравнительные характеристики различных марок лазерных источников указаны в таблице:
* Чем ниже процент, тем стабильнее работа лазера
Заключение
Недостаточная мощность лазерного источника приводит к снижению скорости обработки, ухудшению качества реза или сварного шва. По итогу это увеличение времени производственного цикла и простой оборудования. В то же время избыточная мощность ведет к неоправданному росту потребления энергии, увеличению тепловой нагрузки на обрабатываемую деталь, повышенному износу оптических компонентов и, как следствие, к удорожанию эксплуатации техники.
Выбор подходящей мощности лазерного станка по металлу – сложная задача, требующая учета множества факторов. Важно учитывать не только физические процессы лазерной обработки, но и специфику конкретного производства.
