Формирование луча помогает волоконным лазерам резать тонкие и толстые металлические детали.

Sep 05, 2023

Волоконные лазеры начинают использовать технологию формирования луча, которая меняет энергетический профиль луча в соответствии с потребностями резки. Мазак Оптоника

Производители металла, которые какое-то время занимаются этим бизнесом, могут сентиментально относиться к CO2-лазеру. Конечно, техническое обслуживание машины было непростым делом, но точно настроенная система с центром луча в сопле и без мусора на пути луча могла обеспечить гладкие, как масло, края без окалины. На протяжении большей части последних 10 лет производители, которым требовалось качество кромок (особенно на листах), выбирали систему CO2, а те, кому нужна была скорость, выбирали волоконный лазер. Однако этот расчет начинает меняться.

«Грубая мощность полной мощности волоконного лазера не является ответом».

Так сказал Эл Болен, президент Mazak Optonics, во время дня открытых дверей на предприятии компании в Элгине, штат Иллинойс, на мероприятии, где компания официально представила свой станок для волоконной лазерной резки OPTIPLEX 3015 NEO мощностью 15 кВт.

В последние годы производители лазерных станков представили инновации, которые изменяют характеристики луча с целью расширить возможности волоконного лазера по эффективной резке материалов различных марок и толщин, а не только тонких листов. На своем апрельском мероприятии компания Mazak Optonics рассказала о своем подходе к повышению гибкости волоконного лазера.

Как объяснил Болен, система использует нечто большее, чем просто «грубую силу» мощного волоконного лазера. Его волоконный лазерный источник nLight использует технологию формирования луча, которая вместе с режущей головкой Mazak может создавать различные тепловые профили, а также различные диаметры луча и фокусные расстояния для получения высококачественной кромки как тонкого, так и толстого материала.

Вместо того, чтобы доставляться по одножильному оптоволоконному кабелю, лазер перемещается по многожильному кабелю. По сути, эта технология контролирует распределение мощности по нескольким ядрам волокна. «Мы можем пропорционально определить, какая мощность лазера проходит через каждое ядро», — сказал Болен. «Это позволяет нам создать более холодную сердцевину луча и сконцентрировать больше энергии на внешних краях. Мы передаем тепло волоконного лазера через разные элементы сердцевины и при этом создаем разные моды».

Исторически большинство станков для волоконной лазерной резки продавались с лазерами, имеющими однолучевой профиль, с высокой плотностью мощности в центре и низкой плотностью мощности по краям. «Это создает форму с нагревом в центре, напоминающую острие копья. Высокая плотность мощности дает невероятную возможность очень быстро резать тонкий материал», — сказал Болен. Но по мере увеличения толщины материала резка с таким профилем мощности луча становится более сложной. «Вспомогательный газ должен работать очень усердно, чтобы вывести расплавленный материал из разреза», — сказал Болен. «Он пробивается через процесс резки». По мере того, как материал становится толще, поток газа пытается изменить направление, и в разрезе образуется шлак, окалина и сильные полосы.

За прошедшие годы оптика смогла увеличить диаметр луча волоконного лазера, но используя тот же тепловой профиль — высоко в центре, низко по краям. Изменение профиля луча в источнике, прежде чем свет достигнет режущей головки, создает распределение энергии луча с большей энергией по краям и меньшей в центре.

«Несмотря на все это, вам по-прежнему нужна интеллектуальная режущая головка, которая сможет взять этот луч и что-то с ним сделать», — объяснил Болен. Новая режущая головка Mazak оснащена оптикой, способной воспринимать луч большего диаметра, излучаемый многожильным волокном, и направлять его через центр небольшого отверстия сопла. «Мы можем взять этот режим пончика и теперь уменьшить его и контролировать его диаметр. [Режущая головка] остается важным ингредиентом рецепта».

Высокая энергия на внешней стороне лазерного луча также помогает сгладить борозды и устранить конусность, особенно при резке очень толстых листов. Этот конус создается, когда расплавленный металл изо всех сил пытается эвакуироваться по узкому разрезу, при этом профиль энергии луча относительно холодный по краям и горячий в центре. Системы водоструйной и плазменной резки могут наклонять горелку для устранения конусности. Теперь, благодаря резке волоконным лазером с использованием режима луча и контролем диаметра, «я могу разрезать деталь толщиной 1 дюйм совершенно прямо», — сказал Болен.