Материалы для лазерной резки: что можно, а что нельзя резать?

Лазерная резка применима к широкому спектру материалов, однако совместимость зависит от источника лазерного излучения, длины волны, мощности, толщины материала, состояния поверхности, газа-очистителя, системы вытяжки и требуемого качества кромок. Материал, который чистым срезом поддается резке на промышленном волоконном лазере, на CO₂-лазере или диодном лазере может поддаваться лишь гравировке — либо его резка может быть небезопасной.

Первым делом необходимо точно определить материал, покрытие, клей и армирование. Перед испытанием незнакомого листа ознакомьтесь с паспортом безопасности и рекомендациями производителя оборудования по допустимым материалам. Таких сведений, как “похоже на пластик” или “это просто сталь с покрытием”, недостаточно для принятия решения, обеспечивающего безопасность технологического процесса.

Как тип лазера влияет на совместимость с материалами

Металлические материалы, которые можно резать с помощью волоконных лазеров

Промышленные волоконные лазеры в основном используются в системах резки металла. Технические характеристики продукции SENFENG для роботизированной резки мощностью 1,5–6 кВт включают резку углеродистой стали, нержавеющей стали и алюминия с использованием азота, кислорода или воздуха в зависимости от технологического процесса. Указанные значения относятся к данной конкретной конфигурации и не являются универсальными предельными значениями для всех станков SENFENG.

Углеродистая сталь

Углеродистая сталь является одним из наиболее традиционных материалов для обработки волоконным лазером. Кислород способствует эффективной резке толстых заготовок за счет экзотермической реакции, тогда как азот или воздух могут быть более подходящими для тонких заготовок или задач, требующих иного состояния кромок. Края, полученные при резке кислородом, имеют оксидный слой, который может потребовать удаления перед нанесением покрытия или сваркой. Правильный выбор зависит от толщины, скорости, требований к качеству кромок и последующих операций.

Нержавеющая сталь

Нержавеющую сталь обычно режут азотом под высоким давлением, когда требуется кромка без оксидного слоя. При выполнении соответствующих работ использование воздуха может снизить затраты на газ, однако сначала необходимо убедиться в приемлемости цвета кромки, соответствии требованиям по коррозионной стойкости и последующей обработке. Чистота газа, состояние сопла, фокусировка, давление и плоскостность листа напрямую влияют на образование заусенцев и равномерность кромки.

Алюминий

Алюминий отражает энергию и быстро проводит тепло, поэтому большое значение имеют технические характеристики оборудования и настройки процесса. Современные волоконные лазеры эффективно режут алюминий, если мощность, фокусировка, подача газа, пробивание и защита оптики подобраны с учетом конкретного сплава и толщины материала. Различные марки алюминия ведут себя по-разному; поэтому важно провести пробную резку, если важны внешний вид изделия, наличие мелких отверстий или кромки, готовые к сварке.

Латунь и медь

Волоконные лазеры могут обрабатывать латунь и медь на установках, предназначенных для отражающих металлов. При этом крайне важно обеспечить защиту от обратного отражения, чистоту оптики, стабильное пробивание и использование подходящего газа. Не следует полагать, что любой лазер малой мощности или устаревшей модели способен безопасно обрабатывать эти материалы. Необходимо подтвердить соответствие требованиям у производителя и провести испытания конкретного сплава.

Титан и другие металлы

Титан, никелевые сплавы, оцинкованная сталь и отдельные специальные металлы можно резать лазером с использованием соответствующего оборудования и соблюдением надлежащей технологии. При работе с реактивными металлами может потребоваться тщательно контролируемая подача инертного газа и соблюдение чистоты при обращении с ними. Покрытия и легирующие элементы могут влиять на состав дыма, химический состав кромок, характер шлака и степень пожарной опасности, поэтому название основного металла само по себе не является полной спецификацией технологического процесса.

Неметаллические материалы, которые обычно режутся с помощью CO₂-лазеров

Системы на основе CO₂ позволяют резать многие органические и полимерные материалы, но только в том случае, если их точный состав известен и одобрен. К типичным примерам относятся:

• Акрил (ПММА), который при использовании правильно настроенного CO₂-лазера, как правило, позволяет получить гладкую кромку.
• Бумага и картон — при условии тщательного контроля за огнем и применения средств пожаротушения, предназначенных для данных материалов.
• Натуральное дерево, фанера и отдельные изделия из МДФ, в зависимости от их поведения при воздействии смол, клея, дыма и огня.
• Натуральные ткани, войлок, пробка и изделия из отборной кожи, прошедшие специальную обработку.
• Резина, пенопласт, ламинаты и технические пластики, разрешенные для лазерной обработки, при условии поддержки со стороны поставщика оборудования и материалов.

Эти материалы не всегда подходят для использования на волоконно-оптических станках для резки металла. Технологический процесс, защитный кожух, станина, система вытяжки, система контроля возгорания и длина волны должны соответствовать данному материалу.

Материалы, которые не следует резать лазером

Универсального списка запрещенных материалов для всех машин не существует, однако некоторые группы материалов подлежат отбраковке, если только производитель и органы по оценке безопасности не дадут на них явного разрешения:

• ПВХ, винил и другие хлорсодержащие материалы, которые могут выделять коррозионные и опасные продукты разложения.
• Неизвестные пластики, пенопласты, искусственная кожа, ламинаты, ленты или композитные материалы, по которым отсутствует достоверная информация о составе и паспорте безопасности (SDS).
• Материалы, содержащие фтор, бром или другие галогены, за исключением случаев, когда риски контролируются посредством документально подтверждённого промышленного процесса.
• АБС, пенополистирол, поликарбонат, стекловолокно, углепластики и композиты с высоким содержанием эпоксидной смолы, если их использование на станке или производстве запрещено из-за выделения паров, возгорания, плохих характеристик резания или образования остатков.
• Материал с покрытием или окрашенный, если состав покрытия неизвестен.
• Легковоспламеняющиеся, взрывоопасные, находящиеся под давлением, загрязнённые, радиоактивные или чувствительные к влаге материалы.
• Любой лист, который деформирован, имеет слишком большую толщину для данного оборудования или может воспламениться либо привести к неконтролируемому выбросу расплавленного материала.

“Формулировка ”не подлежит резке» может означать, что материал небезопасен, технически неэффективен, может повредить оборудование или не соответствует требуемому качеству. Если состав материала неизвестен, поместите его в карантин до тех пор, пока поставщик не предоставит соответствующую документацию.

Совместимость материалов и газ-носитель

Как утвердить новый материал для лазерной резки

Относитесь к каждому незнакомому материалу как к контролируемому испытанию. Документация на утверждение должна включать:

• Идентификационные данные поставщика, название продукции, марка, партия, толщина, покрытие и паспорт безопасности.
• Модель станка, тип лазера, мощность, режущая головка, сопло, фокус, газ, давление, скорость и стратегия пробивания.
• Обзор систем вытяжки и фильтрации, поведение при возгорании, меры по контролю за остатками, запахом и воздействием на персонал.
• Характерная геометрия с мелкими отверстиями, острыми углами, типичными контурами и требуемой обработкой кромок.
• Контроль за наличием заусенцев, пропила, зоны термического влияния, изменения цвета, шлака, плоскостности, а также качества последующего сварного шва или покрытия.
• Утвержденные записи о параметрах, правила хранения, требования к маркировке и контролю изменений.

Успешное выполнение прямого разреза еще не означает, что материал соответствует требованиям для производства. Испытание должно охватывать сложные элементы конструкции и реальные критерии приемки на последующих этапах производства.

Заключение

Выбор материала для лазерной резки зависит в первую очередь от типа лазера и точного химического состава материала. Волоконные лазеры предназначены в основном для резки металлов; системы на основе CO₂ подходят для многих органических и полимерных материалов; настольные диодные системы имеют более узкий спектр применения. О том, подходит ли материал для резки, определяют его толщина, наличие покрытия, газ, система вытяжки, горючесть и требования к качеству кромок, а не только его название.

Для выполнения металлоконструкций промышленного назначения ознакомьтесь с Ассортимент станков для лазерной резки на волоконных лазерах и руководство по лазерная резка алюминия. СЭНФЭН может оценить марку материала, толщину, чертежи, систему подачи газа и требования к кромкам на основе плана пробной резки до выбора станка.

Часто задаваемые вопросы