Лазерная резка алюминия, алюминиевых пластин

• Характеристики алюминия
• Резка алюминия лазером
• Можно ли разрезать алюминиевую пластину лазером?
• Виды оборудования для лазерной резки алюминиевых пластин
• Критерии выбора лазерного резака
• Преимущества лазерного станка для резки алюминия 
• Технология лазерной резки алюминия
• Какой газ используется для лазерной резки алюминия?

Характеристики алюминия

Алюминий относится к цветным металлам, как латунь, медь, серебро и золото. Цветные металлы обладают такими характеристиками, как небольшой вес и хорошая проводимость. Алюминий легкий, мягкий, но прочный, поэтому его легко резать и придавать ему форму на станке лазерной резки.

В отличие от железа или стали, алюминий обладает свойством предотвращения появления ржавчины и коррозии. Благодаря высокой гибкости алюминия, от него остается меньше всего отходов.

Алюминий широко востребован во многих отраслях:

• в сфере строительства: для изготовления объектов наружной рекламы;
• в рекламной индустрии: при производстве букв, табличек, вывесок;
• в автомобилестроении: в качестве элемента тюнинга автомобилей и мотоциклов, элементов отделки экстерьера и интерьера;
• в мебельном производстве: для декорирования торговой, выставочной, эксклюзивной мебели;
• в сфере промышленного производства ламп и отражателей.

Для продукции из алюминия и его сплавов характерны:  

• высокая пластичность;
• хорошая теплоемкость и электропроводность;
• за счет наличия оксида на поверхности металла, изготавливаемые изделия слабее подвержены коррозионным процессам.

Самый распространенный сплав - дюраль, содержащий алюминий и медь, используется в автомобиле- и авиастроении. Другой сплав, в основе которого лежит добавка части кремния в структуру металла, известен под названием силумин, получивший широкое применение в разнообразных технологических циклах. Присоединение марганца к алюминию усиливает коррозионную стойкость металла. Остальные химические компоненты обеспечивают эластичность и гибкость металла. Алюминий на практике применяется для замены главных деталей конструкций, узловых деталей в машинах, которые прежде делались из стали.

Сплавы алюминия, характеризующиеся высокими показателями электропроводности, широко используются в электротехнике. Провода из алюминия отличаются повышенной износостойкостью и долговечностью.

Рис. 1. Листовой алюминий 

Резка алюминия лазером 

CO2 или волоконные лазеры могут быть использованы для резки тонких листов цветного металла. Однако при резке углекислотным лазером необходимо покрыть поверхность материала, чтобы отраженный свет не повредил лазерное устройство. Волоконный лазер может быть использован для резки цветных металлов.

Алюминий может быть разрезан различными типами режущих машин, такими как лазер, плазма, гидроабразивная или механическая режущая машина. По сравнению с традиционными станками для резки алюминия, основное преимущество станка лазерной резки заключается в скорости и качестве, а обработанная им заготовка получается более гладкой и без дефектов.

Можно ли разрезать алюминиевую пластину лазером?

Толщина алюминиевой пластины, разрезаемой на станке лазерной резки, зависит от мощности лазера. Как правило, 6000 Вт машина лазерной резки может резать максимум 16 мм толщиной, а 4500 Вт машина лазерной резки может резать до 12 мм, но стоимость обработки высока, потому что алюминий является высокоотражающим материалом.

Лазерная резка заключается в использовании сфокусированного лазерного луча высокой плотности мощности для облучения заготовки, так что облученный материал может быстро расплавиться, испариться.

Рис. 2. Резка алюминия лазером

Виды оборудования для лазерной резки алюминиевых пластин

Оборудование для лазерной резки алюминия делится на три вида: 

• станок для лазерной резки на основе углекислого газа;
• станок для лазерной резки с волоконным лазером;
• лазер с ламповой накачкой.

Во время обработки алюминия CO2-лазером значительная часть энергии отражается, вследствие чего поглощается только небольшая ее часть, которой не хватает для расплавления и испарения алюминия.

Данная задача может быть решена с помощью мощного CO2-лазера с высокой рабочей частотой, который достигает алюминиевой поверхности достаточно быстро, чтобы компенсировать мощность, потерянную из-за отражения. Волоконный лазер способен обеспечить скорость резки алюминия почти в 3 раза выше по сравнению с CO2-лазером аналогичной мощности.

С точки зрения стоимости и инвестиций, широко используемым оборудованием для лазерной резки алюминия является волоконный и YAG лазеры. Эти два типа оборудования имеют хорошую производительность при резке алюминия или других материалов, таких как нержавеющая и углеродистая сталь.

Поскольку алюминиевая пластина является высокоотражающим материалом, ни волоконно-оптическая машина лазерной резки, ни YAG-лазер не могут обрабатывать слишком толстые алюминиевые пластины. При лазерной резке рекомендуется использовать азот из-за особого цвета алюминия и чтобы обеспечить равномерный цвет разреза. Азот предотвращает окисление и сохраняет характеристики самого материала.

Критерии выбора лазерного резака

Для того, чтобы подобрать оптимальное оборудование для лазерной резки алюминия необходимо учитывать следующие факторы:

• Качество резки;
• Скорость резки;
• Стоимость производства.

Критерии выбора лазерного резака

Качество резки

Алюминиевый профиль является высокоотражающим материалом, поэтому станок резки оптического волокна и YAG-лазер не могут разрезать толстый алюминий. Толщина резки: 2000 Вт лазер может резать 6-8 мм, 4000 Вт может резать 12 мм, 6000 Вт может резать 16 мм. Оптическое волокно лучше подходит для резки алюминиевой пластины. Также алюминиевые материалы не устойчивы к высокой температуре и склонны к образованию заусенцев в процессе резки. 

Скорость резки       

Скорость резки является важным фактором влияющим на конечный результат. Слишком высокая скорость резки приводит к образованию заусенцев. Слишком медленная скорость резки приводит к образованию трещин. У волоконного и YAG лазера с одинаковой мощностью, скорость резки будет выше у волоконного. 

Стоимость производства

Стоимость обработки на станке лазерной резки намного ниже, чем с помощью других видов оборудования. В сравнении между волоконным станком и YAG резаком, стоимость лазерной резки волокна ниже. Однако, в долгосрочной перспективе, алюминиевый материал имеет серьезные повреждения, что значительно сокращает срок службы волоконного лазера. С этой точки зрения, стоимость YAG ниже, чем стоимость волоконного станка. 

Преимущества станка лазерной резки алюминиевых пластин

• Лазер для резки алюминиевых листов имеет высокую точность, разрез получается узким и гладким;
• Лазерный станок обеспечивает высокую скорость резки алюминия с точностью ± 0,1 мм и показателем повторяемости около ± 0,05 мм;
• Лазерное оборудование является бесконтактным, без силы удара во время механической заготовки, без износа инструментов и форм;
• Заготовки расположены близко друг к другу, что позволяет сэкономить 20% - 30% материала;
• Заготовка формируется за один раз без последующей обработки;

• Механическая часть головки лазерного резака не имеет контакта с заготовкой и не царапает поверхность заготовки во время работы;
• Малая зона термического влияния резки, небольшая деформация пластины и узкий шов резки (0,1 мм ~ 0,3 мм).

Технология лазерной резки алюминия

На обрабатываемую область подается поток газа, который очищает режущую кромку от расплавленных частиц металла. Это необходимо для того, чтобы избежать дополнительной обработки, поскольку расплавленные частицы не успевают осесть на поверхности, и края среза получаются гладкими и ровными.  Лазерный луч воздействует на поверхность заготовки, чтобы она достигла температуры плавления. В то же время газ высокого давления, выдувает расплавленный металл.

С перемещением относительного положения между лучом и заготовкой, материал образует щель, что позволяет достичь цели резки. В процессе лазерной резки вместо традиционного механического ножа используется луч. Он обладает такими характеристиками, как высокая точность и скорость, не ограниченность шаблона резки, автоматический набор текста, экономия материала, ровный разрез и низкая стоимость обработки.

Рис. 3. Конструкция из алюминия 

Какой газ используется для лазерной резки алюминия?

Эффективная работа лазера невозможна без чистоты и правильного подбора технологических газов. Всего на данный момент существует две технологии лазерной резки: в среде кислорода низкого давления и в среде инертного газа (азота или аргона) высокого давления.

Для резки алюминия толщиной 1,6 мм можно использовать азот или воздух. Поверхность алюминиевой пластины, разрезанной азотом, более гладкая. При резке пластины воздухом может присутствовать небольшой шлак.

Вспомогательные газы, которые могут быть использованы в станке лазерной резки: 

• кислород;
• азот;
• воздух;
• аргон.

При лазерной резке выделяется большое количество тепла. Когда пучок тепла концентрируется вместе, материал начинает гореть и окисляться, что может привести к деформированию заготовки. Поэтому необходимо добавлять некоторые вспомогательные газы, такие как кислород и азот.

При обработке нержавеющей стали следует выбирать азот.

Азот может предотвратить реакцию окисления надреза, так что обработанный край не почернеет. При выборе азота следует выбирать его высокой чистоты.

Рис. 4. 28 мм и 25 мм нержавеющая сталь, образцы, вырезанные лазером с азотом высокого давления

При обработке листа из углеродистой стали, следует выбрать кислород. Кислород играет роль поддержки горения, что ускоряет обработку заготовки. Чистота кислорода должна быть как можно выше.

При резке толстых листов кислород способствует увеличению скорости обработки, но при этом он образует широкий оксидный слой по периметру кромки изделия. При использовании азота удается сохранить способность нержавеющей стали не подвергаться образованию коррозии. Кроме того, азот является уникальным газом, способным обеспечить высокое качество резки алюминия. Резка с помощью кислорода оставляет на алюминиевых деталях неровные края с заусенцами. Азот же, расплавляет металл, но не воспламеняется и не испаряется.

Вспомогательные газы имеют много общих функций. Эти газы могут сдувать шлак, образующийся во время резки, защищать линзу, предотвращать прилипание шлака к линзе и продлевать срок ее службы. Воздух и азот также могут охлаждать режущую головку.