Промышленные CO2-лазеры уже 30 лет используют в разных сферах. В статье разбираем, какие преимущества дает это оборудование и для каких задач подходит лазерная обработка.

Технологические эксплуатационные преимущества лазерного оборудования

Лазерные технологии — прорыв в сфере машиностроения. Их применение не только существенно повышает качество продукции, но в разы снижает производственные затраты. Это возможно благодаря уникальным свойствам лазерной обработки:

• Экономия. Благодаря низкой материалоемкости и бесконтактному производству лазер позволяет сэкономить 10 – 30% исходного материала и снизить общие затраты.
• Скорость. Энергоносителем в лазерном оборудовании выступает сконцентрированный световой поток, скорость которого достигает 100 м/мин. Современные лазерные станки быстрее обычного технологического оборудования примерно в 1,5 раза.
• Точность. Лазерные технологии в промышленности позволяют проводить сложнейшие операции, например, сварку встык без смещения кромок среза, выполняют острые углы, тонкие перемычки или отверстия под углом.

Сферы применения лазерного оборудования в машиностроении

Машиностроительное производство использует все типы лазерных технологий. Приведем несколько примеров.

Лазерная резка

При этом методе для резки материала применяют лазерный луч высокой плотности, который вырабатывает специальный генератор. Энергию направляют на материал, который под таким воздействием начинает плавиться. Так, из-за энергоотдачи на одну единицу площади можно добиться большей точности при меньшем размере разрезов. Этим лазерная резка отличается от других методов термической резки (пламя и плазма).

Применение лазерных технологий в машиностроении сегодня предполагает два вида резки:

• с помощью углекислотного лазера;
• с помощью волоконного лазера.

У волоконных лазеров лучше проходимость луча, выше энергия и уже линия разреза. Во время теплового воздействия материал не деформируется.

Лазерная сварка

В производстве используют лазерную сварку глубокого проплавления, многослойную сварку со сверхузким зазором, сварку в вакууме под отрицательным давлением. Кроме того, постепенно развиваются гибридные технологии, например комбинация лазерной сварки и сварки в среде инертного газа. При гибридном варианте глубина проплавления увеличивается на 50%, а за счет эффективности заполнения шва примерно на 30% снижается расход проволоки. Технология лазерной сварки используется в производстве автомобилей, самолетов, железнодорожного оборудования.

Лазерная обработка в восстановительном производстве

Поскольку вопрос восстановления техники в последние годы особенно актуален, лазерную обработку активно используется и в этой сфере. Затраты составляют 40-60% от производства новых машин. В основном восстановлению подлежат изношенные детали и механизмы агрегатов. Для этого используют лазерные аддитивные технологии — наплавку, в ходе которой материал с помощью лазера наплавляют на изношенную поверхность. Благодаря этому можно восстанавливать детали равномерно и с высокой точностью. Поверхностная твердость нового слоя соответствует необходимым параметрам и позволяет продлить срок службы машин.

Лазерная обработка в области управления качеством

Согласно системе менеджмента качества ISO 9000, на детали наносится маркировка, в которую входит большой объем данных. Лазерная технология позволяет наносить маркировку бесконтактно, не оказывая давление на деталь. Кроме того, сам процесс проходит в два раза быстрее по сравнению с традиционными методами, шрифты и знаки получаются более четкими и легко читаются.

Опыт эксплуатации лазерных комплексов в России

В России существует около 400 моделей техники для лазерных операций. В московском регионе работают 34 компании-производителя, есть они в Санкт-Петербурге, на Урале, в Новосибирске. Темпы обновления оборудования на сегодня растут на 20% в год. Вот только несколько компаний, которые активно используют в производстве лазерные технологии.

На Дальнем Востоке по технологии лазерной наплавки уже восстанавливают судостроительные валы. В очереди стоит большой проект РЖД по восстановлению локомотивных двигателей.

Компания BruceBox вместо каплеструйного оборудования внедрила решение от «Лассард» для маркировки ПВХ-труб — GRAVER LINE из 20 маркировальных установок. Это позволяет проводить маркировку, не останавливая производство.

На Лыткаринском машиностроительном заводе внедрена технология лазерного ударного упрочнения от компании «Лассард», которую используют для обработки титановых лопаток авиационных двигателей.

Один из старейших производителей лазерного оборудования НПЦ «Лазеры и аппаратура» массово производит и поставляет машины послойной печати, которые работают в объемах 100, 250 и 400 мм. Системы могут беспрерывно печатать в установленном режиме 21 день. Это важный момент, особенно когда речь идет об изделиях, в которых 60−70 тысяч слоев. Компания также производит станки для прямого выращивания, машины полуавтоматической и автоматической сварки. Кроме того, НПЦ разработало семейство многоосевых (5-6-7-осевых) машин в разном форм-факторе.

Тенденции развития технологии лазерной обработки

В будущем лазерные технологии в машиностроении получат еще более широкое распространение, но уже сегодня заметны несколько основных тенденций, по которым будет развиваться отрасль:

• Миниатюризация лазеров. Первые лазеры были громоздкими. Но поскольку от их размера напрямую зависят и габариты лазерных станков, разработчики стремятся их уменьшить. Оптоволоконная и УФ-технология позволяет сделать это без потери производительности. Относительно небольшие лазеры имеют высокую эффективность преобразования, качество луча и стабильность работы.
• Многофункциональность. Для повышения качества лазерной обработки производители активно разрабатывают оборудование, которое способно выполнять несколько функций одновременно — например, резку, сварку и напыление. Это особенно важно при обработке крупногабаритных деталей, которые сложно перемещать со станка на станок.
• Цифровизация и автоматизация. Развитие технологий привело к тому, что лазерное оборудование в промышленности стало активно «умнеть». На заводах все планы, чертежи и проекты загружают в корпоративное облако. Контроль за работой производственной линии осуществляют дистанционно, а следовательно, не допускают ошибки из-за человеческого фактора.

Когда переходить на лазерную обработку

Применение лазеров в машиностроении стоит рассматривать, если:

• технологические процессы невозможно реализовать с помощью других методов или если эти методы не так экономически выгодны, как лазерная обработка. Нужно учесть, что процесс внедрения потребует внесения изменений в процесс производства на поздних стадиях, изготовления прототипов или пробных партий;
• если необходимо добиться высокой степени гибкости производства;
• требуется быстро пройти этап от разработки до выхода на рынок;
• компания стремится перейти на цифровые технологии или внедрить на своем производстве Индустрию 4.0;
• требуется высокая степень индивидуализации или сокращение сроков выполнения заказа.

Большинству компаний в процессе внедрения лазерных технологий необходима помощь тех, кто уже имеет опыт работы в этой сфере. Получить ее можно на платформе машиностроителей Tech Ex. Здесь производители оборудования, подрядчики и заказчики могут быстро найти надежных деловых партнеров в соответствии со своими запросами.