Способы качественного раскроя ткани на лазерном станке с ЧПУ
Несмотря на широкое применение ткани, до сегодняшнего момента текстильная промышленность оставалась сектором с высокой долей ручного труда. Объяснением этому может служить особенность ткани — тонкого, податливого материала. Ведь для обработки станочным способом (например, резанием), необходимо надёжно закреплять заготовку. А как добиться этого для большеформатной танки — ведь её невозможно закрепить в каждой точке поверхности?
Высокопроизводительная автоматическая станочная обработка ткани стала доступной с возникновением технологии обработки лазером. Лазерный луч, во-первых, способен обеспечить тончайший шов реза — без «махров» или подрывов ткани. Во-вторых, бесконтактная обработка лазером не предполагает наличие сил резания, а значит, заготовку не требуется крепить. Достаточно лишь расстелить отрезок материи на рабочем столе лазерного станка (для фиксации под собственной тяжестью).
В-третьих, лазерные станки с ЧПУ могут осуществлять фигурный раскрой ткани — согласно заложенной программе обработки. Простота эксплуатации и широкая универсальность лазерного оборудования позволяют вести сложную обработку с минимумом затрат. И в-четвёртых, стоимость лазерного станка (даже большого формата) сравнительно небольшая. А значит, даже малое предприятие может позволить себе высокопроизводительную автоматическую обработку ткани.
Возможности обработки ткани лазером
Лазерные станки с ЧПУ позволяют вручную размещать заготовки из ткани нужной площади (в соответствии с размерами рабочего отсека станка) или автоматически протягивать рулонные заготовки. Ряд моделей оснащены подобным загрузчиком в базовой комплектации, а для некоторых такой механизм — опция.
При «падении» лазерного луча, поверхность ткани в зоне обработки нагревается и мгновенно испаряется — так быстро, что тепло не успевает распространиться на соседние слои материала. Таким образом, ткань прожигается насквозь и «отрезается» лучом по контуру движения головки излучателя. При этом качество обработки мало зависит от вида материала. Поэтому лазерный станок способен работать практически с любым видами ткани, в том числе «трудными» (например, синтетическими смесовыми — «сыпучими»).
Контуры обработки задаются программно — всего лишь слегка переработанным графическим 2D-эскизом. Программирование открывает широкие технологические возможности, такие как:
- осуществление сложного кроя;
- производство лекал;
- раскрой особых видов тканей (например «термо-тканей»), и т.д.
Современные программные пакеты для подготовки управляющих файлов позволяют оптимизировать расположение изделий на общем поле тканевой заготовки. В результате экономится материал и минимизируется число «обрезков». К тому же обрезки подходящего размера можно снова использовать для производства полноценных изделий.
При обработке ткани лазером полностью отсутствует брак. А благодаря быстрой переналадке станка с ЧПУ, можно производить изделия разного вида в любом количестве — от единичного экземпляра, до массовой серии. Единствен минус — на лазерном станке с ЧПУ нельзя резать ткань настилами — только в один-три слоя (в зависимости от исходной толщины тканевой заготовки).
Резка ткани в инертном газе
Для применения обдува инертным газом лазерный станок с ЧПУ не требует дополнительных модификаций. Инертный газ можно подавать через штатную систему обдува/охлаждения лазерного излучателя (вместо используемого обычно воздуха). При этом расход газа будет сравнительно небольшой, а значит, себестоимость обработки ткани возрастёт несущественно.
Ещё одной сложностью при обработке ткани лазером (особенно при резке шерсти) является неприятный запах. Как известно, одно из главных достоинств лазерной обработки — отсутствие твёрдых отходов (стружки и пыли). Однако при испарении обрабатываемого материала образуется газообразный «остаток», который отводится специальной вытяжной системой станка. В случае с обработкой ткани следует позаботиться об интенсификации отвода газа. Ряд моделей лазерных станков имеет регулировку производительности вытяжной системы (к примеру, специальными шторками перекрывается часть вытяжных сопел, следовательно, интенсивность вытяжки газа через оставшиеся сопла возрастает). Так вот, при обработке ткани следует регулировать систему вытяжки на максимальную производительность.
«Секреты» гравировки на ткани
В последнее время модным направлением стала гравировка всевозможных изображений на ткани (особенно джинсовой). Как маркетинговый ход, технология гравировка ткани оправдывает себя превосходно. Однако на практике вещи с гравировкой очень быстро приходят в негодность (вытираются, мохрятся и т. п.). В этом нет ничего удивительного, поскольку любая ткань является очень тонким материалом. Если его даже чуть-чуть «царапнуть» лазером, это нарушит структуру переплетения волокон ткани. Такое ослабление «несущего каркаса» приводит к потере прочности — ткань начинает сечься, как будто её длительное время интенсивно тёрли.
Таким образом, если гравировка изображений на ткани всё же необходима, следует выбирать участки одежды, подверженные минимальному трению. Иначе «ослабленная» лазером ткань под воздействием внешней истирающей нагрузки быстро придёт в негодность. И вся затея с созданием эстетического образа в скором времени будет испорчена ухудшением качества всей тканевой подосновы.
Детальный видеообзор на профессиональный лазерный станок Wattsan 6040. Внутренее устройство и технические характеристики оборудования.
Побывали в гостях на производстве предприятия «АЛЬТАИР», которое успешно занимается производством деревянных игрушек и сувенирной продукции.
Видео с производства компании Пластфактория — наш уже постоянный клиент, который занимается POS-материалами и работает с крупными косметическими брендами.
Лазерная обработка как перспективный метод повышения износостойкости металлорежущего инструмента
Изначально человек разделял металлические детали ручными инструментами. Это был медленный процесс, который требовал большого количества времени, сил. Рез часто получался неровным, детали браковались. С развитием технологического прогресса появились новые способы разделения металлических заготовок. Лазерная резка — современный метод обработки деталей из металла.
Технология
Технология лазерной резки металла подразумевает под собой процесс нагревания металла в определённом месте свыше его температуры плавления. Рабочий привод генерирует сфокусированный луч, которые проходит через систему линз, становится мощнее. Раскалённый пучок света попадает на поверхность детали, начинает расплавлять её. Передвигаясь по направляющим, рабочая головка делает рез заданного размера, формы.
Простые аппараты для разрезания металла не позволяют разделять детали большой толщины. Чтобы работать с листами большой толщины, необходимо выбирать установку, оборудованную подачей инертного газа. Он выдувает расплавленный металл наружу, чтобы не мешать процессу плавки.
Сфокусированный луч обладает некоторыми характеристиками:
- Постоянством длины. Благодаря этому его легко сфокусировать на любой поверхности используя оптические линзы.
- Низкий угол расходимости света луча. Это позволяет получить мощный направленный поток света на заданную точку.
- Суммарная мощность излучения увеличивается благодаря когерентности.
При разрезании металла, материал может плавиться или испаряться. Это зависит от мощности оборудования.
В последнее время в различных технологиях промышленного производства все чаще применяется лазер. Так, лазерные установки могут применяться для формовки, резки, стыковки и изменения свойств самых разнообразных материалов, таких как древесина, пластмассы, бумага и металлы, а также для нанесения на них различных покрытий.
Читайте также: Кукла сшитая из ткани выкройки с размерами
К важнейшим технологиям лазерной обработки металлов относятся: 1) прямое лазерное спекание (DMLS), 2) лазерная и лазерно-механическая гибка, 3) лазерная резка и лазерное сверление, а также 4) лазерная сварка.
1) Прямое лазерное спекание металлов – это технология быстрого изготовления металлических прототипов, которая обладает большим потенциалом для прямого изготовления металлических формообразующих вставок пресс-форм, применяемых для литья пластмасс под давлением, а также для прямого изготовления образцов и прототипов различных деталей.
В технологии прямого лазерного спекания металлов используются 3D-данные, в соответствии с которыми осуществляется постепенное наплавление металлического порошка вдоль контура заготовки с помощью высокотемпературного лазерного луча. Модели, изготовленные по этой технологии, обладают высокой прочностью и способны выдерживать большие механические нагрузки.
Данная технология может применяться для спекания следующих материалов:
2) Лазерная гибка металлов – это загибание заготовки с помощью лазерного луча. При нагревании металлической пластины с помощью лазерного луча в каком-то ограниченном месте эта пластина стремится расшириться в месте нагрева, чему препятствует холодная поверхность, которая не нагревалась лазерным лучом. В результате возникают механические напряжения, под действием которых плоская пластина сгибается. При этом происходят пластические деформации металла. Благодаря этому пластина остается деформированной, т.е. сохраняет приданную ей новую форму даже после охлаждения.
Лазерно-механическая гибка металлов – это технология, в которой используется предварительный нагрев места сгиба с помощью лазерного луча и последующее механическое загибание заготовки. Благодаря этому достигается уменьшение механического усилия гибки, и увеличение относительного удлинения при разрыве металла заготовки. Это позволяет обеспечить больший угол при меньших радиусах изгиба.
3) Лазерная резка металлов – это технология термической резки листового металла, а также трехмерных заготовок, например, труб или профилей, с помощью лазерного луча.
Этот метод применяется в тех случаях, когда сложная геометрия заготовки (двух- или трехмерная) требует точной и быстрой обработки (как правило, со скоростью от 10 до более 100 м/мин), изготовления трехмерных вырезов (в том числе в труднодоступных местах) или/и бесконтактной обработки почти без приложения усилий. По сравнению с альтернативными технологиями, такими как вырубка в штампе, лазерная резка экономически приемлема уже при очень маленьких партиях обрабатываемых заготовок.
Однако также существуют комбинированные установки, в которых преимущества лазерной резки сочетаются с достоинствами вибрационной высечки и вырубки в штампе. Такие установки позволяют выполнять как операции с вырубной головкой, так и лазерную резку любых контуров. Применение в них находят фокусированные лазеры высокой мощности, чаще всего углекислотный (газовый) лазер, но при этом все больше применяется и твердотельный лазер, а также более эффективный, хорошо фокусируемый волоконный лазер.
Лазерное сверление металлов – это технология обработки без снятия стружки, при которой с помощью лазера внутрь заготовки локально передается настолько большое количество энергии, что материал в месте воздействия лазера ионизируется и испаряется. Ионизированный пар (вернее плазма) отбрасывается в сторону за счет разницы давлений между внешней средой заготовки и местом лазерного сверления. При этом наплавление металла по краю отверстия является нежелательным.
а) Одноимпульсное лазерное сверление
Лазерный луч включается однократно и просверливает материал за один импульс. Недостатком этого вида лазерного сверления являются малая максимальная толщина просверливаемого материала и большая потребляемая энергия импульса. Кроме того, получаемые отверстия имеют явную коническую форму, так как передача тепловой энергии внутрь материала сильно ослабевает с увеличением глубины отверстия.
б) Ударное лазерное сверление
Лазерный луч в несколько импульсов бьет в одно и то же место на заготовке и при этом при каждом импульсе испаряет некоторое количество материала. При этом расплавленный материал вытесняется из отверстия под действием испарившейся составляющей материала. Это позволяет получать значительно более глубокие отверстия, чем при одноимпульсном лазерном сверлении (около 100 мм). К другим преимуществам этого метода относятся возможность выполнения отверстий под углом к поверхности заготовки, более высокое качество сверления и возможность обработки даже чрезвычайно твердых материалов. Недостатком является более длительный процесс сверления.
в) Лазерное трепанирование (вырезание отверстий)
Пульсирующий лазерный луч вращается и таким образом может «вырезать» отверстия любого диаметра. После того, как пробито первое отверстие в материале, рядом с ним с некоторым перекрытием выполняется следующее отверстие. При этом на практике наиболее оптимальным оказалось перекрытие в 50-80 % площади отверстия.
г) Ударное сверление вращающимся лазерным лучом (сверление лазерным «спиральным сверлом»)
Этот метод лазерного сверления действует по тому же принципу, что и ударное лазерное сверление, но с дополнительным вращением лазерного луча. Благодаря этому материал заготовки снимается в виде спиралевидной стружки. При этом качество сверления выше по сравнению с лазерным трепанированием.
4) Лазерная сварка металлов (LBW) – это технология сварки, применяемая для соединения нескольких металлических деталей с помощью лазерного луча. При этом лазерный луч служит в качестве концентрированного источника тепловой энергии, обеспечивая тонкий сварной шов, большую глубину и высокую скорость сваривания. Часто эта технология используется в крупносерийном производстве, например, в автомобильной промышленности.
Как и электронно-лучевая сварка (EBW), лазерная сварка характеризуется высокой плотностью энерговыделения (порядка 1 МВт/см2), что обеспечивает малые зоны термического влияния, а также высокую скорость нагрева и охлаждения. Диаметр пятна лазерного луча может варьироваться от 0,2 мм до 13 мм, правда, для сварки применяются лишь лучи малых диаметров. При этом глубина проникновения луча пропорциональна количеству затраченной энергии, но также зависит от положения фокальной точки и увеличивается до максимума, когда фокальная точка расположена чуть ниже поверхности заготовки.
Непрерывный или пульсирующий лазерный луч может использоваться в зависимости от свойств свариваемых заготовок. Так, импульсы длительностью порядка миллисекунд используются для сваривания тонких материалов, таких как лезвия бритв, а непрерывный лазерный луч применяется для выполнения глубокой сварки.
Лазерная сварка является универсальной технологией, пригодной для сваривания углеродистых сталей, высокопрочных низколегированных сталей, нержавеющих сталей, алюминия и титана. Из-за высокой скорости охлаждения возникает проблема растрескивания при сваривании высокоуглеродистых сталей. Качество лазерной сварки высокое, сходное с качеством электронно-лучевой сварки. Скорость сварки пропорциональна количеству затраченной энергии, но также зависит от типа и толщины заготовок. Благодаря высокой допустимой мощности газовых лазеров они особенно хорошо подходят для крупносерийного производства. Так, лазерная сварка является доминирующей технологией сварки в автомобильной промышленности.