Преимущества со2-лазеров

            Данные о диффузионном СО₂-лазере с высокочастотным возбуждением показывают многие преимущества такого типа возбуждения активной среды по сравнению с возбуждением разрядами постоянного и переменного тока. ВЧЕ-разряд устойчивее разряда постоянного тока, в нём достижим существенно больший энерговклад. Балластным сопротивлениям, которые всегда оказывают благотворное действие на стабильность разряда, можно придать ёмкостный (реактивный) характер, что избавляет от бесполезных потерь энергии, которые о обычных омических балластниках составляют примерно 30% подводимой электрической мощности. Существенное преимущество ВЧЕР - это возможность избавиться от катодных слоёв, свойственных разрядам и постоянного и переменного тока. В катодных слоях бесполезно теряется часть энергии, кроме того, в них обычно рождаются возмущения, от которых развивается неустойчивости. Эти преимущества обеспечивает только слаботочная форма ВЧЕ-разряда. Поэтому для СО₂-лазера необходим именно слаботочный режим, в котором получены рекордные мощности излучения: ~0,83 Вт/см. Недостаток этого режима – ограничение на плотность тока, длину промежутка и давление. Над улучшением данных характеристик ведётся работа. Также большим преимуществом является удобство работы с длинными трубками, низкие рабочие напряжения, высокая устойчивость и однородность. Дальнейший прогресс в области диффузионных СО₂-лазеров с ВЧ-накачкой связан с исследованием условий протекания тока на границах плазмы ВЧ-разряда с электродами, а также решением проблем, связанных с волноводным режимом работы резонатора, увеличение скорости теплоотвода на стенки разрядной трубки.

Преимущества лазерной обработки:

Технология лазерной обработки, получившая свое рождение около трех десятилетий назад, в настоящее время переживает пик своего развития и популярности. Современные лазерные технологии стремительно внедряются в промышленное производство и рекламный бизнес, часто вытесняя традиционные методы обработки материалов. Сфокусированный лазерный луч регулируемой мощности оказался идеальным "рабочим инструментом" для создателей нового оборудования. Лазер, как инструмент обработки материалов, работает быстро, не изнашивается и не требует приложения усилий, он экономичен, в высшей степени точен, а его воздействие легко поддается контролю и управлению.

Лазерные технологии обработки обладают рядом преимуществ, способствующих расширению их применения в промышленном производстве и сфере услуг:

• широкий спектр обрабатываемых материалов; • отсутствие механического воздействия на изделия при минимальном термическом; • прецизионность, высокая контрастность и стойкость наносимых изображений; • высокая скорость и производительность; • возможность лазерной обработки в труднодоступных местах.

	Процесс маркировки
	лазерный (волоконный лазер )	лазерный ( Nd-YAG )			лазерный ( СО2 )		электро- химический	механи- ческий
Маркируемые материалы	0 = не маркируется / 1 = удовлетворительно / 2 = очень хорошо
Металл	2		2	0		2		2
Пластик	2		2	2		0		1
Резина	1		1	1		0		0
Дерево	0		0	2		0		1
Бумага, картон	0		0	2		0		0
Стекло, оргстекло	0		0	2		0		0
Характеристики процесса маркировки
Декоративная привлекательность	Высокая			Высокая		Высокая		Низкая
Стойкость знаков	Высокая			Высокая		Высокая		Высокая
Деформация изделия	нет			нет		нет		есть
Возможность серийной нумерации	Высокая			Высокая		Низкая		Высокая
Оперативность изменения	Высокая			Высокая		Низкая		Высокая
Встраиваемость в технологическую линию	Высокая			Высокая		Низкая		Низкая
Себестоимость маркировки	Высокая			Средняя		Низкая		Средняя
Квалификация персонала	Высокая			Высокая		Низкая		Средняя

Лазерные технологии во многих случаях полностью вытесняют традиционные методы обработки материалов. Воздействуя на поверхность обрабатываемого изделия лазерное излучение может резать самые различные материалы – от бумаги и фольги до металлов, композитов и керамики, изменяет структуру поверхности материала и придает ей совершенно новые свойства. Высокая эффективность лазерных технологий определяется  высокой скоростью, локальностью и бесконтактностью обработки, отсутствием механических и тепловых деформаций, легкостью управления и возможностью полной автоматизации процесса обработки, отсутствием быстроизнашиваемого инструмента.

Лазерный луч фокусируется на поверхности изделия в пятно очень малого диаметра (0,02-0,2 мм). Благодаря такой острой фокусировке на поверхности материала создается чрезвычайно высокая плотность мощности лазерного излучения. Это приводит к практически мгновенному плавлению и испарению материала, находящегося в зоне воздействия лазерного луча. При лазерной резке расплавленный и испаренный материал удаляется струей сжатого газа, а сам лазерный луч перемещается по поверхности материала. В случае лазерной гравировки или маркировки удаляется или модифицируется только тонкий поверхностный слой материала. 

Лазерная резка дает возможность осуществлять  раскрой самых различных материалов (металлов, оргстекла, ПВХ, полистирола, дерева, фанеры, ДСП, кожи,  тканей, линолеума, керамики, стекла, композитов и многих других) по контуру любой сложности. Характеризуется высокой производительностью (до 25м/мин),  высокой точностью отработки заданного контура (0,05-0,2мм), малой шириной реза (0,05-0,5мм) и высоким качеством его поверхности, во многих случаях не требующей последующей механической обработки.

 

Лазерная маркировка и гравировка  посредством удаления или модификации тонкого поверхностного слоя позволяют наносить  надписи и рисунки самой сложной конфигурации и с высоким разрешением, изготавливать разнообразные изделия, в т.ч. сувениры, из дерева, металла, пластика, стекла, кожи и других материалов. При использовании специальных пластиков создаются двуцветные изделия. 

 

Лазерная сварка позволяет осуществлять прецизионную сварку металлов толщиной от 0,1 до 10-20мм.  Ввиду локальности и высокой скорости лазерного воздействия, окружающая область материала практически не нагревается, соответственно минимизируется область термического влияния, отсутствуют термодеформации или иные нарушения формы обрабатываемого изделия. 

 

При лазерной термообработке (поверхностная закалка, термоупрочнение, наплавка и т.п.) за счет очень быстрого нагрева  тонкого поверхностного слоя металла происходит существенные изменения механических и физико-химических свойств этого слоя при сохранении характеристик основного металла.

 

Товаров и предметов,  которые изготавливаются с помощью лазерной обработки, очень и очень много. Вот только некоторые наиболее распространенные  применения лазерной резки и гравировки.

 

Рекламная и сувенирная продукция. Из пластика, дерева и тонколистового металла можно изготавливать самые различные сувениры, таблички для размещения внутри помещений или вывески для установки на фасадах зданий. С помощью лазера изготавливаются элементы (буквы, знаки, эмблемы и т.п.) наружной рекламы, детали оформления выставочных и офисных помещений, информационных стендов и панелей.  Наличие широкой гаммы специальных материалов для лазерной гравировки позволяет изготавливать псевдоцветные изделия, воспроизвести самые мелкие детали рисунка.

Торговое оборудование - в настоящее время лазерная резка является основной технологией, которая используется при производстве разнообразного торгового инвентаря - держателей ценников, подставок по самые различные товары, оформления торговых помещений

Детали мебели, оформления интерьера, загородного дома.

Лазерная резка позволяет вырезать контур любой сложности  при изготовлении деталей мебели  из дерева, фанеры или ламината создать имитацию резьбы по дереву, изготовить резные детали оформления интерьера помещения или внешней отделки дома.

Трехмерное моделирование

Лекала, трафареты

Изготовление прокладок 

Средства обучения.  Изготовление из пластика, дерева. картона и   наглядных пособий.

Печати и штампы. Возможности лазера позволяют создавать печати, соответствующие всем стандартам.

Идентификационные знаки. Лазерный технологии позволяет изготовить шильды, нанести на поверхность изделия штрих-код, товарный знак, дату изготовления, другие идентифицирующие метки, в т.ч. при очень высокой производительности.

Изготовление штанц-форм   Вырезание сложноконтурных пазов в толстой фанере для установки вырубных ножей (изготовление картонной тары).

Приборные панели, детали вентиляционного, электротехнического и другого оборудования.  

Раскрой кожи, натуральных и искусственных тканей.

Гравировка по камню и  керамике.

Изготовление и ремонт ювелирных изделий. 

` Типичный набор оборудования для лазерной резки  включает технологический лазер,  координатный стол с компьютерной системой управления, поворотную и фокусирующую оптику, устройства  подачи сжатого газа и удаления продуктов горения (деструкции), а также другие устройства и системы. При лазерной сварке или термообработке для перемещения лазерного луча по заданной траектории вместо координатного стола обычно используется специальная оснастка, адаптированная под конкретный тип изделия и задачу обработки. Наиболее универсальным инструментом лазерной обработки являются газовые СО2 лазеры (лазеры на двуокиси углерода), которые могут решать самые разнообразные задачи по резке и гравировке пластиков, дерева, металла и других материалов.  Непрерывные и импульсно периодические твердотельные лазеры на гранате с неодимом (Nd:YAG лазеры) используются для резки  листовых металлов, маркировки и гравировки по металлу, но имеют существенные ограничения при обработке пластиков.  Для решения специальных задач в лазерных технологиях применяются и другие типы лазеров, в т.ч. лазеры на парах металлов, работающие в видимом и ультрафиолетовом диапазоне длин волн,  аргоновые и азотные лазеры, которые широко используются в лазерных микротехнологиях.  В последние годы все шире используются мощные полупроводниковые лазеры, отличающиеся малыми габаритами и высокой эффективностью. Основной областью их применения в обработке материалов (кроме медицины, промышленного контроля и т.п.) является лазерная маркировка, прецизионный раскрой тонколистового металла, лазерная закалка. Выбор конкретного типа лазера (длины волны, мощности, режима работы и др. параметров)  определяется набором производственных и технологических задач, которые предполагается решать с помощью лазерной обработки.  Координатные столы предназначаются для сканирования лазерного луча по поверхности материала в соответствии с заданным контуром лазерной резки или рисунком лазерной гравировки. В большинстве случаев совместно с СО2 лазерами используются столы портального типа с «летающей оптикой», в которых заготовка (материал) остается неподвижным, а резка или гравировка осуществляется путем перемещения лазерного луча по поверхности изделия. В установках с Nd:YAG лазерами  часто используется схема, в которой луч перемещается по одной координате, а стол с листовым материалом, по другой. Перемещение луча контролируется компьютерной системой управления, которая отслеживает соответствие лазерной обработки чертежу изделия.   В специализированных установках лазерной гравировки и маркировки часто используются специальные оптоэлектронные сканаторы.  Для лазерной маркировки применяется и так называемый проекционный метод, в котором на изделии формируется изображение маски, вводимой в лазерный пучок. Поворотная и фокусирующая оптика предназначается для транспортировки лазерного излучения от технологического лазера к поверхности материала и создания заданного распределения плотности мощности излучения на поверхности материала. Обычно оптическая система лазерной технологической установки включает  3-5 поворотных зеркала, фокусирующий объектив и оптический затвор. Дополнительно в нее могут входить трассировочный красный лазер, устройства измерения мощности излучения, расширитель лазерного пучка, фазовращатель и другие устройства. В ряде задач, в которых используются твердотельные Nd:YAG или полупроводниковые лазеры,   очень выгодным является применение гибких волоконных световодов для транспортировки лазерного излучения.  Система подачи сжатого газа служит для обеспечения процесса лазерной резки, а в некоторых режимах и лазерной гравировки. Одновременно слабый проток воздуха служит для защиты оптических элементов.  При резке диэлектриков (дерева, пластиков) обычно применяется очищенный и осушенный сжатый воздух. Качественная резка металлов осуществляется с использованием  кислорода (газолазерная резка).  В ряде задач лазерной обработки, например, при резке нержавеющих сталей,  используется поток инертного газа, обычно азота. Система вентиляции предназначается сбора и для удаления газообразных и аэрозольных продуктов распада, которые образуются при лазерном воздействии на материал. В зависимости от назначения и условий эксплуатации лазерный технологический комплекс может дополнительно комплектоваться системами автоматического слежения за поверхностью материала, устройством защиты от наездов на препятствие, выдвижной платформой для размещения заготовок, другими устройствами, обеспечивающими наиболее эффективное использование лазерного оборудования.