Лазерне різання набуває все більшої популярності з огляду на те, що дозволяє автоматизувати весь цикл обробки і отримати виріб високої якості. Технологія оброблення металу за допомогою лазера робить можливим виробництво високоточних деталей в повністю автономному режимі, що виключає ручну працю.

Технологія лазерного різання металу
Лазерна різка та гравіювання відносяться до немеханическим способам обробки, так само як і плазмовий метод. Вони використовують термічний вплив, при якому сильно нагрівається лінія розрізу, а метал плавиться в потрібному місці. Традиційним механічним способом обробки, в основі якого лежить різниця твердості ріжучого інструменту і заготовки, вважається алмазна різання металу. Нагріву в місці розрізу не відбувається. Доброю точності і чистоти різу цей спосіб не дає.

Ріжучим інструментом в лазерної технології є промінь, який випускається за допомогою спеціальної установки. Він фокусується на ділянці з вкрай невеликою площею (не більше 0,5 мм), створюючи згусток енергії високої щільності. У точці фокусування метал починає досить швидко руйнуватися (випаровуватися, горіти, плавитися).

Лазерному променю допомагають виробляти такий ефект такі характеристики:
1. Монохроматичність. Незмінність частоти і довжини хвилі, що дозволяє променю за допомогою простих оптичних лінз легко фіксуватися на будь-якій поверхні.
2. Спрямованість. Маючи малий кут розходження, промінь добре концентрується на потрібній ділянці.
3. Когерентність. Проходив в промені хвильові процеси коливаються узгоджено і викликають резонанс, який у багато разів підсилює потужність випромінювання.

Подальше вплив викликає випаровування матеріалу, т. К. Температура в контактній зоні досягає точки кипіння. Теплопровідність металу сприяє переміщенню плями плавлення вглиб розрізає заготовки.
Виділяють 2 механізму різання лазером: плавленням і випаровуванням. Застосування другого методу можливо тільки на тонкому металі. До того ж велика потужність установки зажадає відповідних енерговитрат, що не завжди економічно виправдано. Варіант різання плавленням отримав набагато більш широке поширення, т. К. Витрати енергії набагато нижче. При способі обробки методом плавлення використовується допоміжний газ (аргон, азот, гелій або повітря), що вдихається в зону різу спеціальними установками.

Кисень, який використовується в якості допоміжного газу, виконує наступні важливі завдання:
• видуває з області різання краплі розплавленого металу і відходи горіння, забезпечуючи надходження газу в ріжучу зону;
• активізує окислювальні процеси в металі, тим самим знижуючи його відображають якості;
• при надходженні кисню метал горить інтенсивніше, додатково виділяється теплота збільшує лазерне вплив.
алюміній

Лазерне різання алюмінію володіє деякими особливостями, які обумовлюються властивостями самого металу. Працювати з алюмінієм складніше, ніж з іншими матеріалами. Завдяки своїм оптичним і теплофізичних характеристик метал має високу відбивну здатність і поглинає лазерне випромінювання погано.
Для різання алюмінію потрібно потужність лазерного випромінювання набагато більша (в 2-3 рази), ніж для оброблення вуглецевих сталей. Це необхідно через високі коефіцієнтів теплопровідності, відображення випромінювання і температури плавлення утворилися тугоплавких оксидів. Доводиться використовувати для обробки металу обладнання, що володіє більш потужною ріжучої здатністю.

Рекомендується розрізати метал на невисоких швидкостях обробки, т. К. Це дозволить запобігти утворенню пошкодження поверхні і домогтися кращої якості роботи. Різка заготовок з малими товщинами повинна проводитися в імпульсному режимі роботи пристрою, завдяки цьому зменшується область нагріву поверхні в зоні різання і знижується ризик деформації деталі.
З товстим металом радять працювати в мікроплазмове режимі. Плазма утворюється під дією парів легко іонізіруемих елементів (цинк, магній і ін.), Вона нагріває метал до температури плавлення з мінімальними енергетичними затратами.

Допоміжним газом частіше є азот, він надходить в область різання під тиском понад 10 атм. Площина різу має трохи шорстку і пористу структуру, на нижній кромці спостерігається невелика кількість лекговидаленим грата (надлишків металу). З ростом товщини заготовки знижується якість різу. Процес показаний на відео:

нержавійка
Найскладнішою визнається лазерна різка нержавійки. Цей матеріал володіє великою стійкістю до руйнування, тому іншим видам обробки він погано піддається. Часто тільки лазерний метод буває єдино можливим способом різання листового матеріалу, т. К. При високих температурах алюміній окислюється, а на поверхні утворюються холодні тріщини. Вкрай важким і неефективна буває механічна різання металу.

Складнощі обробки матеріалу обумовлені наступними якостями нержавіючих сталей: 

• наявність в складі великої кількості легуючих присадок здатне привести до зашлаковиваніе поверхні різу;
• ускладнюється підведення лазерного променя до ріжучої зоні через формування тугоплавких оксидів, внаслідок чого витрата енергії збільшується;
• для сталей високохромистих і хромонікелевих характерна низька плинність, що сильно ускладнює процес різання.

При такому способі різання нержавійки застосовується добре очищений азот, який надходить під тиском до 20 атм. Коли різанні піддаються товсті заготовки, пляма променя заглиблюється в матеріал для забезпечення гарного доступу газу. При цьому вхідний отвір буде мати більший діаметр, і надходження азоту в область розплаву зростає.

мідь
Лазерне різання міді сильно ускладнюється досить високою теплопровідністю металу і великим коефіцієнтом теплоємності, що накладає деякі обмеження на обладнання. Обробка цього металу лазером повинна проводитися на малих швидкостях з найменшим розміром плями контакту і при великих значеннях потужності випромінювання.
Оптимальними для різання є мідні листи не більше 0,5 см завтовшки. Складний технологічний процес не дозволяє нормально працювати з товстими мідними заготовками. Можливо тільки просте поранення. Різка буде економічно невигідною через необхідність застосування обладнання надмірно великої потужності.

Переваги і недоліки
Різка за допомогою лазера має ряд незаперечних переваг при зіставленні з іншими видами обробки. Виділяють наступні позитивні характеристики:
• прийнятний діапазон оброблюваних товщини: лазерна різка алюмінію - 0,2-2 см, нержавіюча сталь - різка листів товщиною до 1,2 см, вуглецева сталь - 0,5-2 см, латунь і мідь - 0,2-1,5 см ;
• ширина різу від 0,1 до 1 мм;
• виключення безпосереднього контакту ріжучого елемента з поверхнею оброблюваної заготовки, що дозволяє працювати з крихкими і ламкими матеріалами;
• відсутність потреби в додатковій фінішній обробці;

• висока продуктивність (особливо при зіставленні з різкою металу киснем);
• простота і легкість управління обладнанням на виробництві: креслення вироби, виконаний в спеціальній графічній програмі, просто завантажується в блок управління;
• висока швидкість обробки тонколистового прокату;
• економну витрату матеріалу за рахунок компактного розташування деталей на аркуші розкрою;
• різання металу під кутом і в різних напрямках;

• виготовлення виробів складних форм;
• економічно вигідне виробництво виробів малими партіями, коли операції штампування і лиття недоцільні;
• висока точність розрізу з рівними краями без напливів і задирок, що дозволяє передавати деталі від місця різання відразу на дільницю зварювання металів.

Треба відзначити і негативні сторони різання лазером:
• висока вартість;
• низька продуктивність при різанні бронзи, алюмінію, легованої сталі і латуні;
• неможливість обробляти заготовки будь-якої товщини;
• внаслідок подкаліванія матеріалу в зоні плями різання можливі труднощі послідовного проведення лазерного різання та згинання металу.

устаткування
Знаходять застосування кілька варіантів обладнання:
1. твердотілих обладнання. Робочим елементом є кристал рубіна (алюмоітрієвому гранат, неодимові скло). Кут подачі потоку світла на штучний рубін матиме чітке значення. Настанова щодо невеликої потужності застосовується як для гравіювання металу, так і для різання кольорових металів. Слюсарну справу в невеликому цеху отримає гарна підмога. Невеликі верстати можливо використовувати для роботи своїми руками.
2. Газова установка. В обладнанні для лазерного різання металу газ є активним елементом, який заряджається при проходженні через електричне поле. Потім гази починають випускати монохроматическое світлове випромінювання. Велику затребуваність мають щілиновидні моделі, що використовують вуглекислий газ. Подібні установки для різання металу потужні і прості в роботі, але при цьому невеликих розмірів.

3. Газодинамічна установка. На пристроях цього типу лазерна різка металу буде достатньо дорогий процедурою, т. К. Обладнання потужне і складне. Газ (частіше вуглекислий) розігрівається до надзвичайно високих температур (2000-3000 ° C), потім при проходженні через вузьке сопло він розширюється. При подальшому охолодженні випромінюється енергія, яка йде на формування променя. Якість одержуваних виробів настільки гарне, що їх можна відразу направляти на гнучкий ділянку. 

Верстат для лазерного різання
Всі верстати, на яких здійснюється лазерна різка та гравіювання, містять кілька необхідних компонентів:
1. Випромінювач. Породжує пучки лазерних променів.
2. Система переміщення лазерного випромінювання і система формування променя. Переміщує лазерні пучки, формує 1 великий промінь і, користуючись системою фокусування, направляє в потрібне місце.
3. Система освіти і транспортування газу. Готує необхідний склад і потрібну кількість робочого газу, а потім через сопло доставляє його до місця різання.
4. Пристрій координації. Переміщує в просторі промінь і обробляється об'єкт.
5. Система автоматичного управління. Перевіряє і регулює роботу всього обладнання, командує координатним пристроєм, системою транспортування та формування променя і газу.

Лазерне різання алюмінію проводиться виключно на верстатах з ЧПУ, всі налаштування і операції відбуваються автоматично відповідно до програмним забезпеченням. Це дозволяє отримати вироби кращої якості, ніж при обробленні пилкою, електродом або відрізним алмазним диском.

Призначення лазерного обладнання
Технологічні пристрої для різання по металу лазером характеризуються декількома параметрами:
• складом газового струменя і її тиском;
• типом оброблюваного матеріалу;
• потужністю випромінювання і його інтенсивністю.

Існують спеціалізовані верстати для різання труб, а також для робіт з м'якими і пластичними металами. Технологія лазерного різання набуває все більшого поширення, т. К. Дає можливість істотно знизити трудомісткість технологічного процесу і звести використання ручної праці до мінімуму. Для виготовлення всіляких металевих деталей і декоративних елементів з листів матеріалу різної товщини все частіше використовується лазерна різка металу.