Станки для лазерной резки 3D: Изучение последних тенденций и будущего | MachineMFG

Станки для лазерной резки 3D: Изучение последних тенденций и будущего

0
(0)

Лазерная резка - самая ранняя и наиболее распространенная технология в области лазерной обработки, составляющая более 70% от всей области. Она широко используется в таких отраслях, как машиностроение, автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность, легкая текстильная промышленность, пищевая промышленность и медицина.

Традиционная лазерная резка в основном ограничивалась плоскостной резкой. С развитием лазерная резка технологии, постепенно становится возможной обработка трехмерных заготовок произвольной формы.

С момента появления первого в мире пятиосевого CO2 станок лазерной резки Станки для лазерной резки 3D были разработаны компанией Prima в 1979 году и получили признание благодаря своей гибкости, высокой точности, минимальным требованиям к оснастке и короткому времени подготовки производства.

В настоящее время они широко используются для обработки 3D-заготовок в таких отраслях, как автомобилестроение, машиностроение и аэрокосмическая промышленность.

1. Типы станков для лазерной резки 3D

Чтобы гарантировать качество обработки и эффективно использовать энергию лазерного луча при 3D-лазерной резке, режущая головка должна двигаться по заданной пространственной траектории, при этом ось лазерного луча должна оставаться перпендикулярной поверхности разрезаемой заготовки.

Поэтому 3D станки лазерной резки Обычно требуется не менее 5 осей, включая три оси линейного перемещения (X, Y, Z) и две оси вращения (две оси A/B/C). В настоящее время на коммерческом рынке представлены две основные конструкции станков для лазерной 3D-резки - портального типа и роботизированного.

В первом случае обычно имеется станина или рабочий стол, обеспечивающий линейное перемещение по осям X, Y и Z, а режущая головка обеспечивает оставшиеся две оси вращательного (или поворотного) движения.

Последний использует волоконно-оптическую передачу (или шарнирную руку с внутренними отражающими зеркалами) для интеграции с роботами и выполнения 3D-лазерной резки.

Сравнение их производительности приведено в таблице 1.

Таблица 1: Сравнение производительности портальных и роботизированных отрезных станков.

ПроизводительностьПортальный стильРоботизированный стиль 
Рабочее пространствоБольшойМаленький
Скорость обработкиВысокийМаленький 
Точность обработкиНизкийНизкий
Возможность подойти к зоне обработкиБедныйХорошо
Площадь полаБольшойМаленький

Мощный лазер является важнейшим компонентом оборудования для лазерной резки. В зависимости от типа используемого лазера, станки для лазерной резки 3D обычно делятся на три категории: волоконный лазер резальные машины, CO2 станки для лазерной резки и станки для лазерной резки YAG.

Основное сравнение производительности трех типы лазеров Режущие станки представлены в таблице 2.

Таблица 2: Сравнение производительности волокна, CO2, и станки для лазерной резки YAG.

ПроизводительностьВолоконно-лазерная резка МашинаCO2 лазерная машина для резкиМашина для лазерной резки YAG
Типы обрабатываемых материаловМеталлМеталл, неметаллМеталл
Скорость резкиВысокийОтносительно высокийНизкий
Точность резкиВысокийВысокийОтносительно высокий
Эффективность фотоэлектрического преобразованияОколо 30%Около 10%Около 3%
Стоимость оборудованияСреднийВысокийНизкий
Вред для человеческого организмаВысокийНизкийСредний
Позиционирование на рынкеВысокоточная обработка тонких пластин толщиной ≤12 ммОбработка тонких пластин толщиной ≤8 мм из высокое отражение материалы.Обработка металлов и множества неметаллические Листы толщиной 6-25 мм.

В настоящее время на коммерческом рынке, волоконный лазер станки для резки и станки для лазерной резки CO2 являются основными типами станков для лазерной резки 3D.

2. Состояние исследований в стране и за рубежом

2.1 Трехмерный станок для лазерной резки волокон

По сравнению с CO2 лазерная резка и лазерная резка YAG, волоконный лазер резка имеет определенные преимущества в эффективности резки, эффективности преобразования фотоэлектрической энергии, структуре оптического тракта, стоимости обслуживания, точности резки и т.д.

В последние годы развитие станки для лазерной резки волокна быстро, постепенно вытесняя традиционные станки лазерной резки CO2 и становясь новым рыночным мейнстримом.

В настоящее время известными зарубежными производителями станков для трехмерной лазерной резки являются немецкая Trumpf, итальянская Prima Power, американская PREISER, а также японские Komatsu, NTC, Koike, Mitsubishi, AMADA и MAZAK.

Среди них - TruLaser Cell 3000, TruLaser Cell 5030, TruLaser Cel 8030 от Trumpf, Rapido от Prima Power, Laserdyne 75G, серия TLH-N от Komatsu, LCG3015AJ II от AMADA и другие продукты для трехмерной лазерной резки.

Пятиосевой станок для лазерной обработки TruLaser Cell 3000 имеет модульную структуру и может использовать различные лазеры. Он может выполнять такие виды обработки, как сварка, резка и лазерная облицовка путем замены лазерной обрабатывающей головки. Кроме того, он легко поддается автоматизации станков и может удовлетворить потребности массового производства. Точность позиционирования относительно высока, точность позиционирования по оси XNZ составляет ± 0,015 мм, а по осям A, C - 0,02°.

Станок лазерной резки TruLaser Cell 8030 3D подходит для быстрой резки крупногабаритных термоформованных боковых панелей автомобиля. Диапазон перемещения по осям X/Y/Z составляет 3000 мм/1300 мм/600 мм, а ускорение по осям - 4g. Кроме того, станок оснащен оптимизированным поворотным столом, что значительно сокращает непроизводственное время и повышает эффективность и производительность, как показано на рисунке 1.

Рисунок 1: TruLaser Cell 3000

В 5-осевом станке лазерной резки Rapido 3D используется волоконный лазер мощностью 2,0-4,0 кВт, который обеспечивает гибкую обработку для различных видов резки и сварочные работы. Машина оснащена системой предотвращения столкновений, а также прямым приводом, который исключает отдачу и износ.

В многоосевом станке для лазерной обработки Laserdyne 795 используются высокоточные обрабатывающие поверхности и приводные винты большого диаметра с высокой жесткостью, что обеспечивает высокую механическую точность и делает его пригодным для высокоскоростной резки. Он также совместим с различными типы лазеров источники, такие как волокно, CO2, и YAG, как показано на изображении 2.

Рисунок 2. Многоосевой станок для лазерной обработки Laserdyne 795

Серия TLH-N - сверхвысокоскоростная 3D-система. 5-осевой Станок лазерной резки с управлением отличается высокой жесткостью, высокой скоростью (скорость перемещения по осям X/Y/Z - 100 м/мин, скорость перемещения по оси A/C - 540°/с), хорошей работоспособностью и односторонней открытой конструкцией с высокой степенью проходимости.

Высокоэффективный станок для обработки волоконным лазером LCG3015AJⅡ имеет высокую скорость перемещения до 170 м/мин и скорость подачи 120 м/мин. Он может похвастаться высокой эффективностью производства, хорошей масштабируемостью и новым цифровым решением для улучшения обработка листового металлаОт совершенствования процессов до реформирования производства, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3. LCG3015AJⅡ высокоэффективный станок для обработки волоконным лазером

Промышленная лазерная индустрия Китая зародилась сравнительно поздно, и существует значительный разрыв в исследованиях и разработках коммерческих технологий лазерной резки по сравнению с развитыми странами. С учетом того, что китайское правительство внесло технология лазерной обработки как ключевой научно-технический исследовательский проект, вызвал всплеск интереса в отрасли, и все больше компаний и исследовательских институтов начали соответствующие технологические исследования.

В настоящее время несколько китайских компаний, включая Hans Laser, HG Laser, Chutian Laser, запустили 3D волоконный лазерный станок для резки, Bystronic Дне, Гвейке и ЛеМинг Лазер.

Среди них такие известные продукты, как станок для лазерной резки HyRobot C20 компании Hans' Laser, станок для лазерной резки AUTOBOT для автомобилей 3D 5-осевой, станок для лазерной резки SF серии 3D 5-осевой, станок для лазерной резки Dne Laser FC-CBD с большим закрытым столом для автообмена, станок для лазерной резки Focus Laser FK3015S для автомобилей 3D 5-осевой, станок для лазерной резки Stark STK-S-3015 3D 5-осевой и многоосевое интеллектуальное оборудование для лазерной резки LeiMing Laser LMR 3D.

В настоящее время основные технические показатели отечественного 3D волоконный лазер как показано в таблице 3, продукция режущих станков не сильно отличается от зарубежной основной продукции.

Таблица 3: Основные технические показатели станков волоконно-лазерной 3D резки.

 ИмяТехнические параметры
Линейные оси
(Оси X/Y/Z)
Скорость позиционирования
/мм/мин
50-120
Ускорение позиционирования
/м-с-2
0.8-1.0
Точность позиционирования
/мм
±0.05-0.03
Точность повторного позиционирования
/мм
±0.05-0.01
Поворотные оси
(Оси C/B/A)
Скорость позиционирования
/ °-s)
540-720
Ускорение позиционирования
/ (°-s-2)
3600-6000
Точность позиционирования
0.02-0.015
Точность повторного позиционирования
0.01-0.005

2.2 Трехмерный CO2 Станок лазерной резки

CO2 Станки лазерной резки в настоящее время широко используются для обработки нержавеющей стали толщиной не более 12 мм и неметаллических материалов толщиной не более 25 мм. Они широко используются для резки и обработки деталей интерьера и экстерьера автомобилей и неметаллических деталей в других отраслях промышленности.

В настоящее время основные зарубежные производители CO2 Среди станков лазерной резки - немецкая Trumpf, итальянская Prima Power, японские Komatsu и NTC и другие. Среди них трехмерный CO-лазер Tru Laser Cell 7040.2 Станок лазерной резки от Trumpf, 5-осевой 3D станок лазерной резки Optimo от Prima Power, 5-осевой 3D станок лазерной резки серии TLM с управлением от Komatsu и 5-осевой 3D станок лазерной резки TLM610 с двойным рабочим столом от NTC - это хорошо известные продукты.

TruLaser Cell 7040 трехмерный CO2 Станок лазерной резки имеет ход оси XY/Z 4000 мм × 2000 мм × 1000 мм, ход оси B/C ±135° и n × 360°, а также максимальное ускорение оси 4g. Он имеет несколько рабочих зон, которые можно удобно выбирать в зависимости от потребностей, и позволяет использовать различные лазеры. Заменив головку для лазерной обработки, можно выполнять различные технологии обработки, такие как сварка, резка и лазерная наплавка, как показано на изображении 4.

Изображение 4: TruLaser Cell 7040 трехмерный CO2 машина лазерной резки.

Пятиосевой станок лазерной резки Optimo 3D также подходит для резки и сварки больших заготовок: ход оси XNZ составляет 4500 мм × 2500 мм × 1020 мм, а ход оси B/A - ±135° и 360°. В нем используется быстрый осевой поток мощностью 2,5-4 кВт и плоский CO2 лазер. Как показано на изображении 5.

Рисунок 5: 5-осевой станок для лазерной резки Optimo 3D.

TLM610 3D 5-осевой станок лазерной резки принимает станину портального типа, подвижный рабочий стол, одноточечную режущую головку, и качающийся блок управления с запатентованной технологией, специальной структурой режущего сопла, TDLC-04R высокопроизводительной Система ЧПУ, и обеспечивает автономное программирование.

В настоящее время на внутреннем рынке CO2 Лазерная резка в основном используется в станках для 2D резки, таких как станок для лазерной резки MS-1380, разработанный компанией Mingsheng Laser Technology Co., Ltd., и станок для лазерной резки ZT-CC1610, разработанный компанией Zongtong Laser Technology Co., Ltd. В настоящее время не существует коммерческих 3D CO2 лазерная резка машина продукты доступны.

(1) Высокая мощность

Увеличение мощности лазера может повысить возможности и эффективность обработки, одновременно снижая ее стоимость. С уменьшением стоимости лазеров мощность основных продуктов для 3D-резки машин увеличилось с 2 кВт и 3 кВт несколько лет назад до 4 кВт и 6 кВт.

В настоящее время появились даже мегаваттные продукты, и считается, что в ближайшие несколько лет мегаваттные продукты станут основными на рынке.

(2) Высокая скорость и высокая точность

 Повышение скорости и точности позиционирования помогает повысить эффективность обработки и удовлетворить требования к производительности машиностроительной техники и других изделий с высокой добавленной стоимостью, что повышает конкурентоспособность продукции.

В настоящее время скорость позиционирования основных режущих станков составляет 100 м/мин, в то время как максимальная скорость позиционирования высокоскоростных режущих станков может достигать 280 м/мин.

(3) Разведка

Автоматизация и интеллект в работе - это требования Индустрии 4.0 и умного производства. Все больше предприятий уделяют внимание интеллекту станков, такому как открытые системы, автоматическая разгрузка, самодиагностика неисправностей, интеллектуальное управление данными процесса, дистанционное управление и т. д.

(4) Диверсификация функций

Расширение диапазона обработки станков может повысить гибкость и адаптивность станков, тем самым повышая конкурентоспособность продукции. Многие передовые зарубежные станки для 3D-резки имеют широкий спектр процессов.

Например, станки лазерной резки TruLaser Cel3000 и TruLaser CⅡ7040 компании Trumpf имеют функции 3D-резки и наплавки металла. 5-осевой станок лазерной резки Rapido 3D компании Prima Power может использовать несколько лазеров для удовлетворения потребностей различных процессов сварки и резки.

4. Заключение

На фоне перехода от традиционной обработки к высокотехнологичному производству в промышленном секторе Китая, индустрия лазерной резки продолжит сохранять тенденцию высокоскоростного развития.

В будущем оборудование для лазерной резки 3D будет развиваться в направлении высокой мощности, высокой скорости и высокой точности, интеллекта и диверсификации функций.

В настоящее время, по сравнению с развитыми странами, такими как Германия, Япония и Италия, все еще существует большой разрыв между Китаем с точки зрения 3D лазерной резки машины продукты, а также основные компоненты, такие как головки для лазерной резки и мощные лазеры, а также такие ключевые технические области, как исследования и разработки станков лазерной резки и высокопроизводительных систем ЧПУ.

Поэтому научно-технический персонал должен продолжать проводить глубокие исследования.

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 0 / 5. Количество оценок: 0

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

Так как вы нашли эту публикацию полезной...

Подписывайтесь на нас в соцсетях!

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх