Фрезеровка деталей на лазерном или токарном станке

ЛАЗЕР VS ФРЕЗЕР.

Фрезерная и лазерная резка и обработка. Сравнение.

При производстве различных изделий методом резки и гравировки встает задача выбора технологии. Современное оборудование предлагает множество способов:

— Гидроабразивная резка и гравировка,

— Плазменная резка,

— Лазерная резка и гравировка,

— Фрезерная резка и гравировка.

Каждый из способов имеет свои положительные и отрицательные стороны. Встает задача выбора технологии исходя из наиболее оптимального метода обработки конкретного материала.

В этой статье мы подробнее рассмотрим в сравнении наиболее распространенные способы резки и гравировки, которыми оборудовано наше производство и которые чаще всего встречаются на вооружении компаний близких нам по специфике. Одной из основных причин, по которой выбор пал именно на эти технологии — они наименее затратные, как по стоимости оборудования, так и по расходным материалам. И в совокупности закрывают  все основные задачи, стоящие перед нашим производством, по выпуску продукции представленной на нашем сайте.

Сравнивать будем, как уже ясно из названия статьи: лазерную резку и фрезерную резку.

Поскольку есть задачи, с которыми может справиться только одна из технологий, а другая её только дополнить, то рассматривая  преимущества и недостатки, следует остановиться на обработке материалов, которые подходят для обеих технологий.

Лазерная резка. Гравировка.

Этим способом можно быстро и точно разрезать тонколистовые материалы. С помощью СО2 газового лазера относительно небольшой мощности (для конкретики наши лазеры имеют мощность  40 Вт) можно быстро и точно разрезать листовые материалы органического происхождения: пластик, оргстекло, шпон древесины, фанеру, резину, картон, плотную бумагу, кожу. Лазерная резка позволяет получить любой внешний или внутренний угол с острыми гранями, качество реза во многом определяется физическими и химическими свойствами материала, его толщиной.

Оргстекло и акрил

Если требуется получить прозрачную полированную поверхность на торце оргстекла или акрила после реза, то этого можно добиться только лазерной резкой. Оргстекло и акрил мы режем лазером толщиной до 15 мм. Гравировка оргстекла дает превосходный результат в том случае, если это прозрачное литьевое или цветное оргстекло. Изображение получается белое и контрастное, возможность проработки очень мелких деталей. Гравировка экструзионного оргстекла получается с небольшим заглублением, но намного бледнее.

Дерево, ДСП, МДФ, фанера

Резка шпона дерева и фанеры лазером возможна для материалов не толще 5-7 мм. Торец при резке дерева получается темного цвета, по сути лазер обугливает края, но делает это очень ровно и смотрится это достаточно благородно. Гравировка на дереве и фанере получается несколько темнее основного фона, заглубление небольшое и определяется скоростью и мощностью лазера. Можно выполнить рисунок из очень тонких линий с хорошим контрастом и высоким разрешением.

Фигурная резка картона и дизайнерской бумаги тоже дает превосходный результат. Но так же дерево, края при резке могут слегка обгорать, всё зависит от конкретной бумаги картона, на некоторых это почти не заметно. Ну и главное правило: лучше всего применять лазерную резку для тёмной бумаги и картона.

Лазерная гравировка СО2 лазером на поверхности металлов возможна только с применением специальных паст, что накладывает множество ограничений при передаче изображения. Качественную гравировку на металле с проработкой мелких деталей с высоким разрешением можно выполнить только на твердотельном или оптоволоконном лазере. Но такие лазеры из-за низкой мощности (речь идёт о мощности  твердотельных лазеров, которые чаще всего встречаются на рекламных производствах, в том числе таких как наше, предназначение которых в основном – лазерная гравировка, бывают промышленные твердотельные лазеры гораздо большей мощности, способные выполнять и резку) не способны резать за исключением, пожалуй, фольги  и прочих тонких металлизированных материалов, но то, время за которое лазер выполнит резку, просто не целесообразно.

Лазерная резка металлов возможна только на специальном оборудовании с излучателями высокой мощности, до нескольких кВт, с подачей различных газов в зону реза. На таком оборудовании невозможно получить мелкие детали. Да и сами станки стоят очень дорого.

Отличный результат достигается с помощью СО2 лазера при гравировке на поверхности минерального стекла. Хороших результатов можно добиться и по поверхности из хрусталя.

Широко распространено изготовление на специальной резине печатей методом лазерной гравировки. Можно выполнить микротекст и внести другие степени защиты от подделки.

Огромным преимуществом лазерной технологии является возможность получить фотографическое изображение на различной поверхности методом гравировки.

Лазером нельзя резать ПВХ материалы и пленки из-за токсичных выделений при температурном воздействии, которые приводят к выходу из строя оборудования.

Фрезерная резка и гравировка.

Механическая обработка различных твердых материалов методом фрезеровки является одним из традиционных и старинных способов. На фрезерном станке с числовым программным управлением можно резать и гравировать различные материалы, как органического происхождения, так и металлы. Основные преимущества:

— отсутствие температурного воздействия,

—  возможность получения достаточно мелких деталей,

— гравировка на заданную глубину,

— чистовая обработка деталей любой сложности,

— большая толщина обрабатываемого  материала,

— качественный чистовой рез листового материала,

— обработка нескольких слоев  на заданную глубину,

— возможность получить торец реза под различным углом к поверхности.

Фрезерная резка позволяет работать с такими материалами как листовой алюминий и латунь, все пластики ПВХ, композитные материалы, толстая фанера более 15 мм, массив дерева, так же и со всеми материалами, которые обрабатываются лазером.

При фрезерной резке оргстекла, рез получается матовый, но зато можно выполнить рез под заданным углом и порезать акрил толщиной более 15 мм. Такой рез часто необходим в наружной и интерьерной рекламе, для последующей сборки или склейки объёмных моделей.

При фрезеровке фанеры и дерева рез получается цветом самого дерева, обугливания не происходит, если конечно правильно соблюдать параметры и не переборщить со скоростью вращения фрезы.

Методом фрезерной обработки можно получить качественное 2D изображение на любой поверхности металла, пластика или дерева, изготовить глубокий штамп или клише.

Изготовить объёмные модели, гербы, элементы декора. Для изготовления большей части продукции, представленной на нашем сайте, мы используем либо фрезерную или лазерную технологию.

Из недостатков можно выделить невозможность получить острый внутренний угол. В данном случае получается небольшой радиус, равный половине диаметра минимальной применяемой фрезы. Так же к недостаткам технологии можно отнести и смену инструмента (фрез) для получения качественного результата, наличие расходных материалов (фрезы и буры), в некоторых случаях большее время для обработки, чем лазером. Последнее больше относится к гравировке.

Итак, подведем итоги и ответим на основные вопросы в таблице ниже.

У кого больше спектр обрабатываемых материалов? Конечно у фрезера, и больше материалов и толще материалы может он порезать. Лазер (40 Вт) режет в основном не металлические материалы и не очень большой толщины (подробнее смотри выше)
У кого выше скорость резки материалов? Тут сложно сказать, совсем тонкие материалы быстрее порежет лазер, средней толщины плюс минус одинаково, толстые конечно фрезер, лазер многие толстые материалы может вообще не порезать.
Цена резки материалов Это понятие относительное, тут больше зависит от хозяина оборудования и политики компании. Но, в общем, в среднем по больнице, как говориться, резать дешевле на фрезе, особенно материалы средней и большой толщины.
Кто может выполнить наиболее сложные задачи по резке? Наше мнение, что это лазер, ему не важен, насколько сложен рез, внутренние углы, ему не надо место для захода фрезы, у него меньше допуски к расстоянию между резом. Хотя опять же, сравнивать надо масштабы, лазер хорошо справляется с мелкими узорами. Если это крупное изделие, то и фрезер всё вырежет без труда.
2D и 3D обработка Лидер явно фрезер. Хотя лазер может, например, делать гравировку  на глубину, но, пожалуй, и только. У фрезера возможности практически безграничны, особенно при хорошем наборе различных фрез.
Качество реза Здесь конечно сложно сравнивать, как солёное и красное, что лучше. Если нужен прозрачный край на оргстекле, то конечно только лазер. Если нужен бесцветный рез на дереве – только фрезер.  Лазер чаще всего может оставлять нагар, который требует последующий протирки. Фрезер может оставлять стружку, заусенцы, хотя это больше зависит от мастерства работника и времени обработки.

Про гидрообразную и плазменную резку можно  сказать лишь то, что данные технологии предназначены для крупных производств. Оборудование довольно дорого, имеет высокое энергопотребление, крупные габариты. При гидроабразивной резке используется расходный материал – специальный песок. 

Станки для лазерной резки применяются для бесконтактной обработки различных металлов с высокой точностью. Аналогов по уровню технологии, качеству резки или гравировки и удобству управления нет. Обрабатываемые заготовки после проведения работ не требуют доработок, стоимость их изготовления низкая.

Станок для резки металла

Устройство и принцип работы

Лазерный станок предназначен для гравировки и порезки металлических изделий. Конструктивно состоит из следующих узлов:

  • систем излучения, преобразования;
  • излучателя с резонаторами;
  • управляющей системы;
  • органов управления;
  • узла, перемещающего лазер над рабочей поверхностью.

Конструкция зависит от типов оборудования:

  • газовые — оснащаются системой накачки инертных газов (неон, гелий), стеклянной колбой с излучающей трубкой;
  • твердотельные, устанавливаются лампы накачки, импульсные лампы, рабочее тело (рубин) система зеркал (отражающие, полупрозрачные);
  • газодинамические — предусмотрено сопло для ускорения газов, системы охлаждения;

Плотность пучка составляет 100 МВт/см2. При облучении поверхности заготовки происходит её быстрый разогрев, плавление. За счёт теплопроводности луч способен проникать вглубь металла. В зоне нагрева при достижении температуры кипения происходит его испарение.

Виды лазерной резки

В зависимости от мощности луча, лазерные станки позволяют выполнять такие виды обработок:

  • плавление;
  • испарение.

Резать детали путём расплавления выгодно по следующим причинам:

  • ресурс лазера выше, чем при испарении;
  • меньшее потребление электроэнергии;
  • допускается резка заготовок различной толщины;
  • точная регулировка луча системой управления — фокусировка, угол наклона;
  • высокое качество торцов деталей после обработки;
  • при добавлении газов снижается вероятность образования окислов.

Метод испарения применим для небольшой толщины. Требует значительных энергозатрат, поэтому на практике его используют достаточно редко. Изготовление деталей становится экономически не выгодным.

Преимущества и недостатки

Станки лазерной резки обладают следующими преимуществами:

  • простота обработки хрупких деталей;
  • низкая степень погрешности при позиционировании лазера над обрабатываемой поверхностью;
  • удобная система управления;
  • резка заготовок любой формы;
  • простота гравировки и резки изделий из твёрдых сплавов;
  • толщины резки: медь, латунь — до 1,5 см, сталь, алюминий — до 2 см, нержавейка — до 5 см;
  • высокая скорость обработки;
  • минимальная себестоимость готовых изделий.

Основные недостатки:

  • сложность конструкции, обслуживания, ремонтов;
  • высокая стоимость оборудования и комплектующих;
  • ограниченность по толщине заготовок;
  • значительный расход электроэнергии;
  • особые требования к безопасности при установке, эксплуатации.

Резка заготовок любой формы

Принципы выбора

Оборудование для лазерной резки металла выбирается по следующим критериям:

  • производительности, скорости обработки, позиционирования луча над рабочей поверхностью;
  • типу излучателя (металлического или керамического), срока его службы, надёжности, особенностей конструкции;
  • торговой марки, под которой был изготовлен станок;
  • гарантийному сроку от производителя;
  • виду материалов деталей, используемых в устройстве позиционирования лазера, особенно направляющих;
  • назначению, условиям эксплуатации, на которые рассчитан промышленный станок;
  • удобству и простоте управления;
  • возможностям расширения функциональности;
  • требованиям к помещению, где будет выполнена установка оборудования;
  • стоимости конкретной модели, комплектующих, расходных материалов.

Дизайн станка

Дизайн и компоновка оборудования для лазерной резки металла обеспечивают удобство в работе, а также производительность. Простота удаления стружки, доступное пространство для перемещения заготовки относительно лазера, эффективность охлаждения — вот основные параметры, зависящие от расположения конструктивных элементов.

Важно обращать внимание на следующие узлы:

  • подъёмный стол;
  • лазер;
  • систему охлаждения;
  • оптику.

Подъёмный стол

Станок для лазерной резки оснащён подъёмным столом, предназначенным для закрепления и перемещения заготовки относительно луча. Перемещение может быть линейным вдоль вертикальной оси координат. Он обладает различной грузоподъёмностью, площадью, способен перемещаться при помощи механического или электрического подъёмного привода.

Мощность лазера и охлаждение

Лазерный резак по металлу оснащается лазерами различной мощности, позволяющими выполнять различные задачи. Чем выше мощность, тем качественнее обработка, больше допустимая толщина заготовок, но и выше энергопотребление.

Для эффективной работы и установки необходимо обеспечивать качественное охлаждение трубки. От этого будет зависеть ресурс работы лазера. Обычно достаточно водяной системы с датчиком потока, позволяющим контролировать охлаждение.

Лазер для резки металла

Оптика

Устройство для лазерной резки предусматривает установку оптики, назначение которой фокусировать луч. Она может быть следующих видов:

  • длиннофокусной, применяемой для обработки толстых заготовок;
  • короткофокусной, используемой для гравировки или резки тонколистового металла.

Цены

Стоимость оборудования зависит от следующих факторов:

  • производителя;
  • функциональности;
  • типа лазера;
  • оптической системы;
  • площади рабочей поверхности;
  • системы охлаждения.

Как изготовить станок для лазерной резки своими руками

Создать своими руками станок для резки металла лазерным лучом можно только твердотельный, так как для него просто подобрать комплектующие, цены на них невысокие. Основными элементами для сборки являются сам лазер и система управления его работой.

Приобрести лазер можно в специализированных магазинах или снять с готовых изделий (лазерной указки, привода лазерных дисков). Для создания управляющей схемы потребуются следующие компоненты:

  • конденсаторы 100 пФ, 100 мкФ;
  • резисторы номиналом от 2 до 5 Ом;
  • плата для пайки;
  • фокусирующая оптика;
  • цилиндрический металлический корпус, подходит от светодиодного фонарика;
  • мультиметр.

Новичкам рекомендуется приобретать в магазинах радиоэлектроники готовую печатную плату с установленными элементами. Альтернативой является выбор готовой схемы, изготовления на её основе платы и самостоятельной пайки.

Также нужно заранее подготовить дополнительные для сборки компоненты:

  • корпус для радиоэлементов и лазера;
  • шаговые двигатели, платы управления ими;
  • регулятор напряжения излучателя;
  • резиновые ремни зубчатые, металлические шкивы под них;
  • крепёжные элементы;
  • выключатели кольцевого типа;
  • USB-контроллер для цифрового управления;
  • систему охлаждения;
  • металлические трубки (направляющие) и доски (для корпуса).

Пошаговый процесс изготовления:

  1. Разбирается корпус устройства-донора, из него демонтируется лазерная головка.
  2. Изготавливается прямоугольный каркас из деревянных планок.
  3. Внутри корпуса монтируются поперечные направляющие, а на них продольные, к которым крепится станина.
  4. Подсоединяются к перемещаемой планке шкивы, устанавливаются двигатели, одеваются ремни.
  5. На перемещаемую станину закрепляется лазерная головка.
  6. Монтируется система охлаждения.
  7. К лазеру подключается плата управления.
  8. Выводится проводка от управляющей платы на переднюю панель корпуса, подключаются системы контроля и управления.
  9. Подключается USB-контроллер, на ПК согласуется с программным обеспечением, выполняются настройки.
  10. Проверяется работа оборудования в основных режимах.

Плата для пайки

Эксплуатация

Особенности эксплуатации станков для лазерной резки по металлу:

  • необходимо выполнить заземление оборудования;
  • при работе включить водяное охлаждение;
  • для повышения точности обработки металлических поверхностей, необходимо выполнять юстировку оптики;
  • запрещено резать детали, не соответствующие заявленным производителем требованиям по эксплуатации;
  • для стабильной работы электроники нужно обеспечить качественное электропитание;
  • важно регулярно проводить техосмотры, заменять изношенные детали, расходные материалы;
  • направляющие нуждаются в качественной периодической смазке;
  • поддерживать оборудование в чистоте.

Станок позволяет обрабатывать металлические поверхности лазерным лучом, обладающим высокой энергией, когерентностью, постоянной длиной волны. При попадании на поверхность заготовки происходит её нагрев до температуры плавления. В результате такого воздействия одна часть металла испаряется, а другая — переходит в расплавленную металлическую фазу.

Все цены на товары и услуги указаны с учётом НДС.

Обращаем ваше внимание, что цены на товары и услуги не являются публичной офертой. Информация о товаре, услугах и ценах носит исключительно информационный характер. Актуальную стоимость и наличие товара и услуг просьба уточнять дополнительно в офисах продаж.