В качестве основного процесса в современном производстве технология лазерной резки использует лазерный луч высокой плотности энергии для достижения эффективной обработки материалов. С момента появления лазера в 1960 году эта технология непрерывно развивалась и стала предпочтительным решением для обработки как металлических, так и неметаллических материалов. Ниже всесторонне анализируется технология лазерной резки с точки зрения таких аспектов, как технические принципы, основные преимущества, применимые материалы, сценарии применения и будущие тенденции.

 

Основной принцип: Синергический эффект теплового эффекта и газового потока

При лазерной резке лазерный луч высокой мощности генерируется лазерным генератором, а затем фокусируется фокусирующей линзой в чрезвычайно небольшом месте (обычно с диаметром 0,1 - 0,3 мм), генерируя плотность энергии до 10 ⁶ - 10⁸ В/см². Когда луч действует на поверхность материала, мгновенное нагревание заставляет материал быстро расплавиться, испариться или сгореть. Между тем, газ высокого давления (например, кислород или азот), коаксиальный с пучкой, выдухает расплавленный материал, образуя гладкий резающий шв. Этот процесс можно разделить на четыре режима в соответствии с свойствами материала:

1. Резка испарения: Используется для неметаллических материалов, таких как дерево и пластик.

2. Резка плавления: Подходит для металлов, таких как нержавеющая сталь и алюминиевый сплав.

3. Резка окисления: Улучшает эффективность резки углеродной стали через кислородное сгорание.

4. Контролируемый перелом: Используется для точной сегментации хрупких материалов.

 

Технические преимущества: революция в традиционных методах обработки

1. Высокая точность и высокая скорость

Точность позиционирования может достигать 0,02 мм, а ширина резкого шва составляет всего 0,1 - 0,3 мм, что делает его подходящим для точных деталей микронного уровня. Скорость резки может достигать 10 м/мин, в 5 - 10 раз быстрее, чем традиционная механическая обработка.

2. Высококачественный разрез и низкое воздействие тепла

Разрез не имеет резок, а шерсткость поверхности Ra ≤ 12,5 мкм, что уменьшает необходимость вторичной обработки. Ширина пострадавшей от тепла зоны составляет менее 0,1 мм, что эффективно предотвращает деформацию материала.

3. Адаптация материала и гибкость

Он может обрабатывать более 300 типов материалов, включая углеродную сталь, титановый сплав, керамику и композитные материалы, и поддерживает резку сложной графики без необходимости в индивидуальных формах.

4. Автоматизация и энергосбережение и охрана окружающей среды

Система цифрового управления ЧПУ позволяет полностью автоматизировать процесс, увеличивая скорость использования материала на 15% - 20% и снижая потребление энергии на 40% по сравнению с плазменной резкой.

 

Применимые материалы и промышленные приложения

Классификация материала:

- Металлические материалы: углеродная сталь (толщиной до 30 мм), нержавеющая сталь, титановый сплав (аэрокосмический - класс), медная фольга (для электронной промышленности).

- Неметаллические материалы: акрил (для рекламных знаков), углеродное волокно (для автомобильных деталей), PCB-доски (для электронных компонентов).

 

Основные области применения:

1. Производство автомобилей: Листовые части корпуса, датчики подушки безопасности.

2. Аэрокосмическая: лопати двигателя, конструкции кабины из титанового сплава.

3. Электроника и электрические приборы: средние рамки мобильного телефона, гибкие печатные платы.

4. Медицинское оборудование: Точная обработка хирургических инструментов и ортопедических имплантатов.

 

Типы оборудования и технологическая итерация

1. CO₂ Машины для лазерной резки: с длиной волны 10,6 мкм, подходящие для резки неметаллических и тонких металлических материалов.

2. Волоконные лазеры: с эффективностью фотоэлектрического преобразования более 35%, первый выбор для обработки металла.

3. Ультрафиолетовое лазерное оборудование: с длиной волны 355 нм, используемое для резки полупроводниковых пластин.

 

Будущие тенденции: интеллектуальное и зеленое производство

1. Усовершенствование мощности: ультра - высокомощное оборудование выше 30 кВт может прорваться через резку 100 - мм - толщины стальных пластин.

2. Интеграция ИИ: алгоритмы машинного обучения оптимизируют путь резки, снижая потребление энергии на 15%.

3. Многопроцессовая интеграция: Интегрированное оборудование для резки - сварки - маркировки улучшает эффективность производственных линий.

4. Обновление защиты окружающей среды: система очистки дыма может фильтровать 99% твердых частиц.

 

Как фундаментальная технология в эпоху Индустрии 4.0, лазерная резка будет продолжать стимулировать инновации и прорывы в таких областях, как точное производство и новое энергетическое оборудование. Предприятия, применяющие эту технологию, могут сократить цикл разработки продукции на 50% и снизить общие затраты на 30%, что делает ее стратегическим выбором для повышения конкурентоспособности.