Эволюция 3D-лазерной обработки

Когда дело доходит до лазерной 3D-обработки, авиакосмическая промышленность выделяется как крупный пользователь этой технологии. В этом случае лазер просверливает охлаждающие отверстия в лопатке турбинного двигателя. Изображения: Prima Power Laserdyne

Какая первая мысль приходит в голову производителю металла, когда в разговоре произносится фраза «многопроцессный станок для лазерной обработки»? Скорее всего, это будет комбинированный станок для лазерной резки и штамповки.

Некоторые ветераны отрасли, возможно, даже помнят первый «комбинированный» станок, который дебютировал на Международной выставке производственных технологий, тогда известной как Международная выставка станков, более 40 лет назад. Компания Strippit установила CO2-лазер на револьверно-пробивной пресс, и он оказался хитом — настолько, что технология лазерной резки стала доминирующим способом производства заготовок в большинстве цехов.

Однако для некоторых производителей высокоточных металлов многопроцессный лазер приобретает другое значение. По их мнению, возникновение этого типа станков для лазерной обработки началось через несколько лет после того, как дебютировал первый комбинированный станок с CO2-лазером и револьверной штамповкой. Некоторые инженеры из Миннесоты разработали машину, в которой сфокусированный луч CO2-лазера, который может перемещаться по трем осям, можно использовать для резки и сварки. Это не тот случай, когда лазер был неподвижен, а стол с прикрепленным к нему металлическим листом перемещался под лазером. В этом случае заготовка была неподвижна и к ней подавалась балка.

Эти 3D-лазерные машины нашли первых поклонников. Harley-Davidson использовал их для обрезки деталей глубокой вытяжки. Тогда для компании Xerox, которая искала устройство для сверления и резки сварных корпусов компьютеров, был разработан станок лазерной обработки с возможностью перемещения по осям C и D.

«Тогда это считалось нетрадиционной обработкой», — сказал Марк Барри, опытный сотрудник Prima Power Laserdyne, производителя станков для лазерной 3D-обработки. «Люди мало что знали о лазерах. Было много скептицизма».

Сейчас такого скептицизма в отношении лазеров определенно не существует. Многое из этого стало возможным благодаря технологии CO2-лазера, которая на протяжении многих лет была «рабочей лошадкой» во многих металлообрабатывающих компаниях.

Однако ситуация начала меняться с развитием технологии волоконного лазера. Вместо того, чтобы для создания лазера требовался большой резонатор с зеркалами и газами, как в случае с технологией CO2, внутри создается волоконный лазер и доставляется по оптоволоконным кабелям.

Технология волоконного лазера имеет много преимуществ по сравнению с лазером CO2. Волоконный лазер имеет более короткую длину волны (1,06 микрона), чем CO2-лазер (10,6 микрона), что означает, что волоконный лазер продемонстрировал более высокие характеристики поглощения; это означает более высокую скорость резки и возможность гораздо лучше и безопаснее резать отражающие материалы, такие как медь, латунь и алюминий. Сфокусированный луч волоконного лазера также демонстрирует большую плотность мощности, чем CO2-лазер с аналогичной мощностью; Большая плотность мощности лазерного луча означает, что металл можно быстрее довести до расплавленного состояния, что ускоряет резку. Волоконный лазер также гораздо более энергоэффективен и требует меньшего обслуживания, чем CO2-лазер.

Это вполне резюме, и неудивительно, что волоконный лазер в настоящее время является преобладающей технологией резки, как в 2D, так и в 3D мире.

«Раньше вы включали станок для лазерной резки и ждали около 15 минут, пока он нагреется», — сказал Барри. «Тогда можно было бы начать обработку.

Благодаря механизму подачи проволоки и оптимальному рассеиванию защитного газа лазер можно использовать для сварки различных реактивных материалов, таких как этот куполообразный титановый аэрокосмический компонент.

«Подойдите к волоконному лазеру сегодня, и вы сможете включить его и немедленно начать обработку. У вас будут те же характеристики и качество луча, которые были у вас, когда вы выключали машину накануне».

Особенность технологии волоконного лазера в середине 1990-х заключалась в том, что это была технология непрерывного действия. В то время он не подходил для одного из основных применений трехмерной лазерной обработки — сверления.