Завдяки порівняно низькій вартості, високій якості та продуктивності, а також зручністю і простотою експлуатації, лазерні верстати з ЧПК зробили справжню «революцію» в секторі виробництва виробів з різного матеріалу. Сучасна електроніка системи ЧПУ і прецизійна механічна частина дозволяють лазерним верстатів вести обробку заготовок по складній траєкторії – аж до створення повноцінних 3D-виробів. В якості програми на обробку лазерні верстати використовують графічні ескізи (векторні або растрові), злегка допрацьовані у спеціальній програмі управління верстатом. Таку зручність програмування дозволяє використовувати верстатне обладнання дизайнерам, художникам та іншим фахівцям – навіть мають мінімальні навички поводження з технікою.
Фізичні особливості процесу безконтактної обробки лазером дозволяють досягти дуже високої якості різу при мінімальній товщині шва. Лазерний верстат з ЧПУ здатний працювати з широкою номенклатурою виробів з пластику, скла, деревини, каменю, тканини, паперу, гуми, шкіри, полімерних плівок і т. п. При цьому в процесі обробки не утворюється ніяких твердих відходів, а робота обладнання супроводжується мінімумом шумів і вібрацій. Це дозволяє встановлювати лазерні верстати з ЧПК в звичайних офісних приміщеннях.
Одним з найбільш цінних для малого підприємства якостей є висока універсальність. Лазерний верстат з ЧПУ може замінити цілу технологічний ланцюжок обладнання (для розкрою, різання, гравірування заготовок), залишаючись при цьому легко перестраиваемым. Буквально за пару хвилин, завантаживши в пам'ять ЧПУ нову програму, верстат можна переналагодити на випуск виробів іншого типу. При цьому незалежно від обсягів партії (від одиничного екземпляра до сотень штук) кожен виріб буде відрізнятися високою якістю і низькою собівартістю виробництва.
Оптична система лазерного верстата
Перераховані вище переваги лазерного обладнання багато в чому зобов'язані конструктивним особливостям оптичної системи. Для генерації випромінювання в моделях початкового рівня» (вартістю до 1 млн. руб.) використовується газове середовище (спеціальна суміш СО2, гелію і азоту). Т. н. «газові лазери» одержали широке поширення у верстатах з ЧПК завдяки стабільним характеристиками випромінювання, низької вартості і високої економічності в роботі. Ці якості визначають невелику ціну машино-години», а, отже, і низьку собівартість обробки виробів (набагато нижче, ніж аналогічна механічна обробка, наприклад, на фрезерному верстаті з ЧПУ).
Однак у газових лазерів є свої недоліки. Найбільш яскравий з них – повішене тепловиділення в процесі роботи. А головне – сильна залежність ресурсу лазерної трубки від теплового режиму. Перевищення робочої температури на 5-10 град. веде до значного зниження тривалості служби лазерної трубки. Саме тому питання тепловідведення та забезпечення безпечного температурного режиму приділяється найпильнішу увагу.
Пристрій охолоджуючої системи
Для видалення надлишків тепла, що виділяються лазерної трубкою при роботі верстата, використовується система рідинного охолодження. В якості теплоносія застосовується звичайна вода, що пропускається крізь лазерну трубку (має для цього спеціальні порожнини в корпусі і подаючий/зливний штуцери). Нагнітання рідини здійснюється примусово – за допомогою електричного насоса (заглибного типу). Насос розташовується на дні ємності для зберігання запасу рідини. Ємність одночасно служить пасивним теплообмінником – розігріта вода з лазерної трубки зливається в ємність і охолоджується при контакті з основною масою води.
Як видно, конструктивна схема системи охолодження досить проста. Однак для ефективного підтримання робочої температури (близько 18-20 °С), загальний обсяг робочої рідини повинен становити близько 100 літрів! Ця величина розрахована з необхідності прокачування крізь лазерну трубку не менше 5-7 л/хв – інакше не вийде добитися потрібної інтенсивності тепловідводу.
Зрозуміло, що такі обсяги рідини вимагають відповідних розмірів ємності і значно збільшують габарити систем охолодження. Для вирішення цієї проблеми існує спеціальний агрегат – агрегат.
Чиллер замінює собою ємність для зберігання рідини і водяний насос одночасно. У конструкції чиллера присутній радіатор з системою активного охолодження. Вода з лазерної трубки подається в радіатор, забезпечений вентилятором примусового обдування. Чиллер має вбудовані датчики і блок управління для гнучкого зміни і автоматичної підтримки (з високою точністю!) потрібної температури охолоджуючої рідини.
Завдяки активній системі охолодження обсяг потребной рідини знижується зі ста літрів (у випадку звичайної системи з «пасивною» місткістю, як описано вище) до всього лише семи! Відповідно, система охолодження з використанням чиллера виходить компактною і більш ефективною.
Антифриз або вода як теплоносій?
Для спрощення обслуговування та здешевлення в системі охолодження лазерного верстата (як з використанням чиллера, так і в разі простою «пасивної» ємності для зберігання рідини) допускається використовувати чисту водопровідну воду. Як відомо, вода має високу теплоємність і її застосування в якості доступного і дешевого теплоносія повністю виправдано.
Недоліком застосування води є поступове поява в ній мікроорганізмів. З часом це призводить до утворення слизу, дуже небажаною для внутрішніх порожнин корпусу лазерної трубки і рідинного насоса. Для трубки слиз небезпечна погіршенням тепловідведення. А рідинний насос просто може «загрузнути» і перестати розвивати потрібний тиск. Внутрішні порожнини чиллера також страждають від накопичується слизу, що може завчасно «засудити» дуже дорогий агрегат.
Виходом з даної ситуації може бути заміна води на антифриз. Антифриз (водний растрів етиленгліколю) не підтримує розвиток мікробів (етиленгліколь – сильна отрута!) і може вільно експлуатуватися протягом року і більше без заміни чи поповнення. Єдиною умовою при переході з води на антифриз є промивка системи охолодження – для цього необхідно застосувати спеціальні антисептичні розчини.
Слід звернути увагу, що в системі охолодження лазерного верстата слід застосовувати саме антифриз («чистий» розчин етиленгліколю з водою), а не ТОСОЛ автомобільний. Останній містить ряд присадок (проти спінювання, корозії тощо), виправданих для жорстких умов роботи двигуна внутрішнього згоряння. Але абсолютно «надлишкових» для системи охолодження лазерного верстата!
Присадки ТОСОЛА можуть пошкодити чиллер (і/або водяний насос) і роз'їдати сполучні патрубки системи. Тому його застосування для системи охолодження лазерних верстатів з ЧПУ абсолютно виключено.
