Применение лазерных раскройных станков в резке металла

В сфере обработки и производства металлов лазерные раскройные станки сегодня развиваются в двух направлениях: обработка всё более тонких и всё более толстых материалов.

Традиционные методы механической обработки сталкиваются с естественными ограничениями при работе с такими материалами: контактные напряжения, износ инструмента и минимальные размеры, достижимые при резке. Лазерная резка как бесконтактный метод с высокой плотностью энергии стала основным решением для этого класса задач. Её ключевая ценность заключается в возможности разделения материала с минимальной зоной термического влияния благодаря точно управляемой энергии луча.

Волоконные лазерные станки на сегодняшний день являются главным оборудованием для резки толстых железных листов на рынке.

Рисунок 1 – Волоконный лазерный раскрой: высокая производительность при резке толстолистового металла

Преимущества

1. Высокая электрооптическая эффективность (около 30 процентов) и низкое энергопотребление

2. Отличное качество луча, высокая точность резки, хорошая перпендикулярность реза

3. Стабильная работа и сравнительно низкие затраты на обслуживание

4. Диапазон применимой толщины

• Средняя и низкая мощность (1 3 кВт): позволяет резать низкоуглеродистую сталь толщиной до 15 мм

• Высокая мощность (6 20 кВт и выше): стабильная резка низкоуглеродистой стали 30 50 мм. Некоторые установки при оптимизации процесса достигают 60 100 мм (однако эффективность заметно снижается)

Рекомендации по применению

Выбор оборудования: Если резка в основном ведётся на материалах до 20 мм, выбирайте мощность 6 кВт или ниже. При частой работе с толщинами 20 40 мм рекомендуется высокомощная модель 8 15 кВт.

Технологические испытания: Для конкретных материалов сначала проводите тесты параметров: оптимизируйте тип газа, давление и скорость резки.

Вспомогательные меры: Перед резкой толстых листов выполняйте удаление ржавчины с поверхности и обезжиривание. Это значительно повышает качество реза и продлевает срок службы оптики.

Типовые сферы применения лазерных раскройных станков при резке сверхтонкого металла

Рисунок 2 – Примеры лазерной обработки сверхтонких металлов: микроэлектроника и медицинские приборы

1. Потребительская электроника

• Смартфоны и планшеты: антенные прорези в средних рамках из нержавеющей стали или алюминия, акустические сетки разговорных динамиков, декоративные кольца камер

2. Гибкие печатные платы (FPC): резка покровных плёнок, ребер жёсткости, сверление монтажных отверстий

3. Носимые устройства: металлические корпуса часов, браслеты и прецизионные внутренние компоненты

4. Медицинские изделия

• Сосудистые стенты: лазерная резка трубок из нержавеющей стали, кобальт-хромового сплава и нитинола для создания сложных сетчатых структур. Это типичное применение ультракоротких лазеров.

• Хирургические инструменты: прецизионные лезвия, зажимы и компоненты малоинвазивных инструментов.

• Медицинские сенсоры и имплантаты: например, биосенсоры в металлической герметизации.

5. Прецизионные приборы и полупроводники

• Фотошаблоны: металлические светомаскирующие структуры для ЖК дисплеев.

• Выводные рамки (лид-фреймы): металлические носители для полупроводниковых чипов.

• Микроэлектромеханические системы (МЭМС): резка и формовка миниатюрных металлических компонентов.

6. Автомобильная промышленность

• Системы впрыска топлива: микронные отверстия в форсунках.

• Компоненты датчиков: например, зубчатые венцы ABS и мембраны датчиков давления.

• Тяговые батареи: резка медной или алюминиевой фольги для формирования токосъёмных лепестков (таб-клемм).

7. Прочие области

• Прецизионные сетки и фильтры: для фильтрации, акустических применений; размер пор может достигать десятков микрон.

• Радиочастотные компоненты: волноводы, антенны и т.д.

Основные сложности и пути их решения при резке сверхтонкого металла

1. Термическая деформация и прижог кромки

Сложность: Чем тоньше материал, тем выше вероятность его коробления из-за нагрева, а также окисления или пожелтения края реза.

Решение: Использование импульсных лазеров, оптимизация параметров для снижения тепловложения; применение охлаждаемого стола (например, вакуумный стол с микроперфорацией); использование защитных газов (азот или аргон).

2. Микроостатки и рекалесценция

Сложность: Расплавленный материал не удаляется полностью, что приводит к появлению грата или микроскопических каплевидных остатков на обратной стороне.

Решение: Оптимизация давления газа и конструкции сопла; применение ультракоротких лазеров для сублимационной обработки (абляции); точная настройка положения фокуса.

3. Поддержка и позиционирование материала

Сложность: Ультратонкие листы склонны к провисанию и вибрации под действием силы тяжести или потока газа.

Решение: Использование вакуумного стола, который создаёт равномерное прижимное усилие по всей обратной стороне листа, обеспечивая абсолютную плоскостность и фиксацию. Это стандартная комплектация для обработки сверхтонких материалов.

HOYSOOK Industrial Solutions — экспертиза в лазерной резке листового металла: от сверхтонких фольг до толстоплитных сталей. Интеграция современных волоконных лазеров и автоматизированных систем.