Установки для лазерной обработки материалов

Рисунок 3.2. Структурная  схема ЛТК

 

ВТО может включать:

• оборудование для подготовки технологических операции (устройства нанесения покрытий, легирующих порошков, загрузчики деталей);
• датчики и устройства для контроля за ходом технологического процесса (визуализаторы ЛИ, пирометры, датчики зазора между обрабатываемым материалом и оптико-фокусирующей головкой);
• оборудование для подачи защитного или рабочего газа, водяного или воздушного охлаждения, зажимы, фиксаторы и др.:
• средства защиты и техники безопасности:
• системы контроля качества обрабатываемых изделий (твердомеры, микроскопы и др.).

Упрощенная  структурная схема ЛТК приведена на рис. 3.2.

Основными параметрами, характеризующими ЛТК. следует стать энергию (мощность), длительность импульса и диаметр светового пятна на обрабатываемой поверхности. ЛТК может быть снабжена системой формирования и транспортировки пучка, системой расщепления пучка на несколько позиций и системой манипулирования (сканирования) пучка. Можно выделить два канала в оптике ЛТК — энергетический и канал визуального наблюдения.

Обычно в  ЛТК используются мощные твердотельные или газовые лазеры, которые обеспечивают лазерные пучки с мощностью от 100 Вт до 5 кВт. Далее будет более подробно говориться именно об этих лазерах и их применении.

 

3.2.   Многофункциональные установки

 

Лазерные комплексы для резки, сварки, термообработки и наплавки

(на  основе СО₂ лазеров мощностью 1 ...5 кВт)

 

Производитель: ИТТТМ СО РАН - ГУ НИУ «Институт теоретической и прикладной механики СО РАН». РФ, г. Новосибирск.

Состав комплекса:

• лазер мощность 1…5 кВт;
• технологический стол;
• автоматическая система управления.

Комплексы изготавливаются  под конкретные задачи потребителя. Предлагаются промышленные лазерные технологии резки листовых материалов, сварки, термообработки и лазерно-порошковой наплавки.

Технологические возможности комплексов:

1. Лазерная резка листовых материалов. Обрабатываемые материалы: металлы, древесина, пластик, паронит, стекло, керамика и т.п. Площадь раскроя до 2,5 х 6 м. Точность обработки до 10 мкм при скоростях реза до 20 м/мин. Характерные толщины листов и режимы обработки для мощности лазера 1,5 кВт предоставлены в табл. 3.1

2. Лазерная  сварка. Комплекс позволяет сваривать с минимальным тепловым влиянием стальные детали толщиной стенки до 10 мм при скорости до 5 м/мин.

3. Лазерная термообработка. Технология применяется преимущественно для получения самозатачивающегося инструмента. Лазерная термообработка применяется также в комплексе с механической обработкой после восстановления изношенных поверхностей валков прокатных станов методом лазерно-порошковой наплавки.

 

Таблица 3.1

Характерные толщины и скорости реза различных материалов

Материалы	Толщина, мм	Скорость резки, м/мин.
Сталь	0,5….10,0	1…10
ДВП	5	6
ДСП	20	1,5
Высушенная сосна	20	2
Фанера	10	3,0…4,5
Паронит, асбест	4	1,5
Пластмасса	25	2
Стекло	1…8	0,5…5,0

 

4.Лазерно-порошковая наплавка. Технология применяется для изготовления режущего инструмента с рабочими поверхностями высокой твердости. Технология изготовления режущего инструмента включает предварительную лазерную термическую обработку корпуса инструмента из конструкционной стали, наплавку твердого покрытия (до 10 мм), придание лазерным лучом нужной формы режущему инструменту. Твердость наплавляемого слоя 66…72 HRC.

 

ТУЛО  – 01 и ТУЛО – 01М – технологические установки лазерной обработки (на основе ТТЛ мощность до 1 кВт)

 

Производитель: Акционерная компания «Туламашзавод», РФ, г.Тула.

Технологические установки лазерной обработки ТУЛО-01 и ТУЛО-01М предназначены для контурной резки сложнопрофильных деталей из различных материалов и сплавов, а также сварки, термоупрочнения.

Основной технологической  особенностью установок является возможность  обработки листового материала  больших нестандартных размеров (благодаря консольной компоновке станка).

Наличие программно-адаптивного следящего устройства позволяет вести обработку сложнопрофильных деталей с высокой точностью и качеством обработки по контуру.

Установки имеют  оригинальную систему отсоса газов  из рабочей зоны обработки. Наличие  подвижного защитного устройства от ЛИ позволяет безопасно вести работу. Могут оснащаться технологическими лазерными модулями с непрерывным или импульсным режимами работы (по заказу).

Технические характеристики:

• твердотельный тип лазера;
• длина волны излучения 1,064 мкм;
•    режим работы непрерывный и импульсный;
• мощность излучения 400...500Вт для ТУЛО-01 и 500..,1000Вт для ТУЛО-01М;
• система управления - ЧПУ типа ШМРС;
• 3 управляемых координаты;
• рабочая зона 2000x1000 мм для ТУЛО-01 и до 3000*1500мм для ТУЛО-01М;
• точность обработки ±0,05 мм;
• точность позиционирования 0, 01 мм;
• толщина обрабатываемой детали при резке: 4…10 мм для стали и 2…7 мм для Al.

 

Транспортируемый  лазерный технологический комплекс для разделки металла (на основе СОг-лазера мощностью 20 кВт)

 

Производитель: компания «Реновация», РФ, Москва.

Комплекс предназначен для резки металлических деталей  толщиной до 0,3 м, разделки объемных металлоконструкций, резки неметаллических материалов (камень, бетон). Комплекс может применяться в атомном энергомашиностроении, судостроении, автомобилестроении, промышленности строительных материалов и в металлургическом производстве. Гибкость управления позволяет полностью автоматизировать технологический процесс резки, а также транспортировать ЛИ на расстояние до 150 м и распределять излучение на несколько технологических постов. габариты комплекса позволяют размещать его на железнодорожной платформе.

Технические характеристики:

• мощность излучения 205 кВт;
• расходимость излучения 1 мрад;
• рабочая зона 150 х 5 х 5 м;
• диаметр сфокусированного луча 2 мм;
• потребляемая мощность 150...260кВт;
• расход воды для охлаждения 1200 л/мин.

 

Лазерные  комплексы на основе СО₂ - лазеров мощностью 0,1 и 2 кВт

 

Производитель: НИИЭФА - Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры нм. Ефремова, РФ, г. Санкт-Петербург.

Предназначены для резки различных материалов. Управление комплексами осуществляется от IBM PC-совместимого компьютера.

Технические характеристики:

• длина волны излучения 10,6 мкм;
• размеры зоны обработки 520 х 700 мм и 1700 х 1200 мм; мощность излучения 0,1 и 0,8 кВт (одномодовый). 2.2 кВт (много-модовый);
• погрешность позиционирования 10 и 60 мкм;
• потребляемая мощность 4 и 24 кВт.

Таблица 3.2

Технологические возможности при резке материалов

	Модель 1		Модель 2
Материал	Толщина, мм	Скорость, м/мин	Толщина, мм	Скорость, м/мин
Сталь	-	-	1…5	0,6…1,8
Дерево	10…15	0,18…0,3	18…20	1,8…2,1
Оргстекло	1…20	0,12…0,9	3…20	0,9…7,2

 

Светолучевые  и светолазерные установки для  пайки и сварки

 

Производитель: ОАО «НИИ технологии автомобильной промышленности», РФ, Москва.

Принцип работы установок основан на плавлении  материалов под действием сфокусированного пучка света от мощного светового излучателя - дуговой ксеноновой лампы. При диаметре светового пятна 2...3 мм температура в зоне нагрева достигает 2500 °С.

Базовый универсальный  комплекс состоит из светового излучателя, источника питания, блоков управления и водяного охлаждения.

Технологические возможности:

• сварка встык тонколистовых (0,5...1,0мм) однородных и разнородных металлов и материалов (углеродистые и нержавеющие стали, Ni, Ti, А1 и др. сплавы, неметаллические материалы - стекло, пластмасса, керамика и т. д.);
• наплавка износостойких и жаропрочных покрытий;
• пайка и термообработка металлов и материалов.

Таблица 3.3

Технические характеристики лазерной установки

Тип установки	Светолучевая	Светолазерная
Назначение	Пайка, термообработка	Сварка, наплавка
Диапазон регулирования  температуры, ۫С	До 1000	До 2600
Электропитание (трехфазная сеть), В (Гц)	380/440 (50/60)
Блок охлаждения	DELTATHERM – Тип LT
Потребляемая мощность, кВт	15	45
Масса, кг	400	600
Средне время безотказной  работы, час	1000	1000
Срок службы, лет	6	6
Продолжительность нагрузки, %	85	85
Занимаемая площадь, м2	3,5	12,5

 

 

Малогабаритная СО₂ -  лазерная технологическая установка «КВАРЦ»

 

Производитель ФГУП «НГШ "Исток"», РФ, г. Фрязнно

Установка предназначена  для прецизионной размерное обработки диэлектрических (полнкор, сапфир, керамика и т. п.) пластин толщиной до 1,5 мм. Состоит из СО₂-лазера, работающего в непрерывном или импульсно-периодическом режиме (модуляция тока разряда, модуляция добротности или их комбинация), двухкоордннатного стола и системы ЧПУ.

Конструктивно установка разделена на 3 модуля: основной модуль, источник электропитания и система ЧПУ. В состав основного модуля входит излучатель лазера, координатный стол, система фокусировки, газовакуумная система, двухконтурная система охлаждения и контрольно-измерительная аппаратура.

Технические характеристики:

• длина волны излучения 10.6 мкм;
• модовый состав излучения ТЕМ_оо;
• поляризация круговая;
• мощность излучения: средняя 60 Вт, пиковая до 300 Вт;
• минимальный диаметр прошиваемого отверстия 50 мкм;
• расходимость излучения 0,8 мрад;
• рабочая зона 140 х 140 мм;
• рабочая скорость до 0,9 м/мин;
• потребляемая мощность 6 кВА;
• габариты основного модуля 870* 1065* 1890 мм, модуля электропитания 550 х 570 х 1600 мм, модуля ЧПУ 535 х 690 х 1600 мм;
• вес оборудования: основного модуля 350 кг, модуля электропитания 250 кг, модуля ЧПУ 145 кг.

 

4. Лазерные медицинские установки

 

Оборудование  для лазерной хирургии производится с 1975 года. Первоначально это были лазеры на СО₂ - и рубине. Второе поколение лазеров включает в себя неодимовые лазеры, импульсные и непрерывные и более совершенную оснастку. Третье поколение — более универсальные машины с моножильными световодными приставками для большого круга операций. Большие успехи связаны с фокусировкой пучков медицинских лазеров.

 

4.1. Установки

 

Лазерный  эндоскопический скальпель

 

Производитель: Институт лазерной физики ФГУП «НПК "ГОИ им. СИ. Вавилова"», РФ, г. Санкт-Петербург.

Область применения: хирургия и ортопедия с использованием кварцевого световода.

Особенности: использование одновременно двух надежных твердотельных лазеров на YAG:

• YAG:Nd³⁺ (1,06 мкм) - для глубокой коагуляции;
• YAG:Ho/Tm/Cr (2,09 мкм) - для прецизионного разрезания.