Волоконные лазеры доминируют на рынке резки листового металла из-за их непревзойденного сочетания производительности, точности и стоимости. Волоконные лазеры в диапазоне 2 – 6 кВт стали «рабочей лошадкой» для многих заготовительных производств, предлагающих более быструю и точную резки тонкого металла, чем устаревшие технологии резки, такие как резка CO₂-лазерами и плазмотронами. Однако, многие системы на базе волоконных лазеров предназначены для резки металла ограниченного диапазона толщин. В частности, лазерный луч с маленьким фокальным пятном обеспечивает быструю резку тонкого металла, но для резки более толстых листов этот «узкий» луч имеет существенные ограничения по качеству кромки и максимальной толщине. Более «толстый» луч, с большим фокальным пятном, может улучшить качество края при резке толстых пластин из-за большей ширины реза, но не годится для резки тонкого листа.

Крупные производители могут приобрести несколько лазерных установок, предназначенных для резки конкретных толщин: небольшие – для резки тонких листов,  и крупные, мощные – для резки толстых металлов.

Мелкие производители приобретают одну лазерную установку, чтобы резать весь спектр толщин и металлов. Они будут иметь снижение производительности, если они ограничены одним размером фокального пятна, особенно, если они имеют сочетание разнообразных производственных заданий. На этих предприятиях обычно изменяют фокусировку объектива в режущей головке, оптимизируя размер лазерного пятна для данной работы. Каждое изменение линзы вызывает снижение производительности, когда лазер простаивает и не режет, кроме того, существует опасность загрязнения объектива и режущей головки, которые могут привести к катастрофическим последствиям и значительным затратам на ремонт и время простоя.

Возможность автоматически настроить размер лазерного пятна значительно расширяет применимость и производительность оборудования для резки волоконными лазерами. Большинство существующих подходов предполагает использование моторизованной оптики с волоконными коммутаторами и с 2 – 4 выходами для обеспечения независимого процесса. Такие подходы влекут за собой значительные расходы и усложнение, которые могут привести к снижению производительности инструмента и его надежности. Они чувствительны к рассогласованию, загрязнению, температуре, вибрациям, приводят к оптическим потерям и медленной скорости переключения. Режущие головки, которые включают моторизованные линзы внутри неё – больше и тяжелее, чем стандартные режущие головки, что приводит к сокращению ускорения и введению дополнительного дизайна, с требованием обеспечить сочетание низкой стоимости и высокой производительности, надежности.

nLIGHT (Vancouver, WA) разработала технологию быстрой настройки размера фокального пятна в волоконном лазере Corona. Эксперименты показали повышение качества резки для различных металлов. Волоконный лазер Corona мощностью 4 кВт значительно повысил производительность, по сравнению с традиционными волоконными лазерами – при резке мягкой  и нержавеющей стали, алюминия и меди,  толщиной листового металла до 1 дюйма. Таким образом, применение универсального инструмента позволило оптимизировать лазерную резку металла широкого диапазона толщин.

Волоконный лазер Corona обеспечивает непрерывную перестройку диаметра выходящего лазерного луча от ~ 100 мкм до ~ 300 мкм (см.рис.1).

Рис.1 – Приведены шесть параметров диаметра  луча 4 кВт-го волоконного лазера Corona, с  пространственными профилями сечения луча вблизи фокуса режущей головки, записанные  CMOS камерой.  Внизу рис. показаны значения BPP.

Форма пучка обеспечивается в пределах волокна, сохраняя при этом, все преимущества по производительности, стабильности, эффективности и надежности волоконного лазера. Мощность лазера регулируется для каждого параметра диаметра луча.

На рис.2 приведено сравнение резки низкоуглеродистой стали в среде кислорода стандартным 4 кВт-м волоконным лазером с волокном 100 мкм и 4 кВт-м волоконным лазером Корона. На верхнем графике показана скорость резки, а на нижнем графике показаны значения шероховатости; на фотографиях образцов  показан внешний вид кромки после резки, с изображениями сечения луча в фокальной плоскости.

На рис.3 показана деталь, вырезанная 4 кВт-м волоконным лазером Корона из низкоуглеродистой стали толщиной 1 дюйм.

Дополнительным преимуществом лазера Корона является его быстрый переход с  самых маленьких до крупных диаметров пятна ( за время менее 30 ms).  Волоконный лазер, при этом, продолжает работать на полную мощность во время изменения диаметра пятна. Corona позволяет использовать оптимальные характеристики луча для каждого этапа процесса резки, а не только для резки различных материалов с разными толщинами. Например, различные параметры у лазера Corona можно использовать во время прямолинейной резки и при прохождении поворотов.

Волоконный лазер Corona предлагает уникальные преимущества в отношении обеспечения высокого качества кромки при максимальной толщине резки толстых металлических листов, по сравнению с другими лазерными системами.

Рис.2 – Сравнение резки низкоуглеродистой стали

стандартным 4 кВт-м волоконным лазером с волокном 100 мкм

и 4 кВт-м волоконным лазером Корона

Рис.3 – Пример резки 4 кВт-м лазером Корона детали

из низкоуглеродистой стали толщиной 1 дюйм

Источник: Fiber laser technology improves metal cutting / Dahv Kliner, Brian Vict  –  nLIGHT, Vancouver, WA, www.nlight.net  // Industrial Laser Solutions, 2018, September/October, p.23-26; www.industrial-lasers.com