Лазерные станки

При выборе обрабатывающего станка для предприятий лёгкой промышленности рассматриваются следующие варианты: фрезерное оборудование с ЧПУ или лазерно-гравировальный станок? На самом деле модели обоих типов станков очень близки по своим возможностям. И это притом, что технологии механической и лазерной обработки в корне отличаются!

Но если возможности одинаковые – что выбрать?

Однозначного ответа не существует – каждый тип станка имеет свои плюсы и минусы. Следовательно, оптимальным будет выбор того оборудования, преимущества которого для конкретных задач перевесят его недостатки.

Особенности технологии обработки

Механическая обработка является одним из самых распространённых способов получения изделий. Для обработки резанием широко используются станки токарной и фрезерной группы. Сущность технологии заключается в механическом воздействии твёрдого клиновидного резца на заготовку, в результате которого отдельные слои материала сминаются (скалываются), теряют структурную целостность и отводятся из зоны обработки в виде стружки. Многообразие конструктивных исполнений станков призвано обеспечить наилучшее качество обработки для конкретных условий и типа продукции. Современные фрезерные станки с ЧПУ, работающие с высокой скоростью и точностью позволяют обрабатывать заготовки в соответствие с заданной программой, что делает возможным реализацию широкого спектра выпускаемых изделий.

Технология обработки лазерным лучом базируется на точечном воздействии концентрированной энергии на поверхность, в результате чего материал плавится (испаряется) и заготовка получает новую форму (т.е. фактически обрабатывается). Конструкция лазерного станка очень похожа на схему вертикально-фрезерного – заготовка укладывается на рабочем столе, над ней перемещается инструментальный портал, приводимый в движение электродвигателями, следуя командам системы ЧПУ. Процессор ЧПУ формирует управляющие импульсы в соответствие с загруженной программой, в результате чего головка лазерного излучателя (установленная на инструментальном портале) движется над заготовкой по маршруту обработки.

Таким образом, сходство конструктивных схем лазерного и фрезерного станков позволяют добиваться похожих результатов обработки. Однако сам процесс обработки имеет важные нюансы, способные радикально повлиять на выбор той или иной технологии и типа оборудования в целом.

Преимущества лазерной обработки

Как отмечалось выше, фрезерование материала связано с физическим воздействием режущего инструмента на поверхность заготовки. Для обеспечения высоких сил резания (и как следствие – качественной обработки) это как минимум требует: стойкой фрезы с «правильной» геометрией режущего клина, мощного шпинделя, жёсткой конструкции самого станка, оптимальных режимов резания, эффективного отвода стружки из зоны обработки, в ряде случаев – наличие системы охлаждения инструмента…, и ещё целый ряд сложных конструктивных решений.

Лазерный станок осуществляет бесконтактную обработку, а, следовательно, имеет неоспоримые преимущества, в том числе:

• Отсутствие износа «инструмента» – при исправном оборудовании лазерный луч всегда обладает расчётной (полной) мощностью;
• Малый масштаб воздействий – луч высокой энергии обеспечивает буквально «точечное» вмешательство в материал, в результате шов реза или линии рисунка гравировки имеют миллиметровую толщину;
• Идеальные условия обработки – для лазерного станка совершенно не важна температура, шероховатость или твёрдость поверхности заготовки (в отличие от механической обработки, где физические условия резания оказывают ключевое влияние);
• Простота технологического процесса – отсутствует необходимость поиска оптимальных режимов резания;
• Относительная «лёгкость» конструкции лазерного станка – отсутствие механического воздействия на заготовку означает неважность наличия жёсткой станины, прочных направляющих и инструментального портала, т.к. в их задачу не входит противостоять силам резания;
• Отсутствие шума и значительных вибраций – при лазерной обработке отсутствуют силы резания, а раз нет больших нагрузок, подвижные узлы выполнены более лёгкими;
• Большая скорость обработки – лёгкость подвижных узлов означает их лучшие динамические характеристики и обеспечивает быстроту перемещения;
• Отсутствие стружки и пыли – под действием лазера обрабатываемый слой материала испаряется и отсасывается вытяжной системой станка. Кроме газа, иных отходов не образуется!

Особо следует отметить способность лазерного станка работать с чрезвычайно широким ассортиментом материалов. Это преимущество также вытекает из отсутствия механического контакта луча с заготовкой. Раз нет контакта, нет и реактивных сил, стремящихся «вывернуть» заготовку (как в случае с обработкой фрезой). Следовательно, заготовку не надо закреплять, следует лишь фиксировать, хотя и это не всегда обязательно.

Но главное, лазером можно обрабатывать тончайшие материалы. Бумагу, ткань, кожу, которые просто бы «намотались» на фрезу и порвались. Или резину, в которой фреза «увязает». Возможность работы с резиной позволяет изготавливать на лазерном оборудовании печати и штампы, чего невозможно добиться на фрезерном станке. У лазерного станка также преимущества при обработке хрупких материалов (подобно стеклу) – отсутствие сколов и незаметные глазом «швы» обработки. Это качество трудно переоценить при производстве ювелирных изделий, когда «крошить» фрезой драгоценные камни, мягко говоря, невыгодно!

По геометрии обработки: при фрезеровании станок физически неспособен «обвести» прямой угол – обязательно получится скругление радиусом фрезы. Лазерный луч всегда обеспечивает заданные программой углы – без малейших искажений.

При сравнении быстроты обработки, лазерные машины также оказываются впереди (например, по дереву не уступают фрезерным, а при резке пластиков – превосходят).

Интересной особенностью лазерных станков является их мобильность и автономность. Некоторым моделям для работы требуется лишь подключение к электросети (а соединение с ПК – только для загрузки/смены программы обработки или настроек).

Для фрезерных станков обязательным условием обработки является размещение заготовки на рабочем столе и её надёжное закрепление. Лазерные станки также требует помещения обрабатываемой заготовки внутри рабочей зоны. Однако ряд моделей (например, граверов для обработки камня) не имеет нижнего пояса корпуса и рабочего отсека – они устанавливаются прямо на заготовку (в том числе в собранном виде). Это даёт уникальные возможности – не требуется доставлять заготовки к станку, напротив – станок привозится к ним! Когда речь идёт об обработке большого числа массивных заготовок (например, тех же каменных плит), возможность сэкономить на их транспортировке оказывается очень заманчивой! При этом лазерный станок не требует внешний соединений (в отличие от фрезерного с его системами улавливания стружки, охлаждения фрезы и пр.).

А недостатки?

В рамках данной статьи были рассмотрены только преимущества лазерных станков. Однако не следует думать, что они лишены собственных недостатков – и во всем превосходят фрезерное оборудование. Это не так.

Но бесспорным остаётся факт, что достоинства лазерного оборудования полностью оправдывают его применение в определённых сферах производства. И если описанные выше преимущества являются для вас ключевыми – выбор в пользу лазерного оборудования очевиден!