Волоконный лазер или CO2: в чём разница и что выбрать для резки металла

Вопрос «волоконный лазер или CO2» остаётся актуальным, хотя для резки металла ответ давно однозначен: волоконный. Но чтобы понять, почему именно, и когда CO2 всё же оправдан, нужно разобраться в принципиальных различиях технологий.

Принцип работы: как устроены волоконный и CO2-лазер

В волоконном лазере активная среда — легированное редкоземельными металлами оптическое волокно (обычно иттербием). Накачка осуществляется лазерными диодами. Длина волны излучения — 1,06–1,08 мкм. Луч транспортируется к режущей головке по гибкому оптоволоконному кабелю.

CO2-лазер использует смесь газов (CO2, N2, He) в качестве активной среды. Длина волны — 10,6 мкм. Оптика — зеркала и линзы из ZnSe (селенид цинка), которые требуют регулярной юстировки и замены. Луч транспортируется по оптической трассе через зеркала.

Сравнительная таблица по ключевым параметрам

Волоконный лазер: для каких задач и материалов

Волоконный лазер — безальтернативный выбор для резки металлов: углеродистая сталь, нержавеющая сталь, алюминий, медь, латунь, титан. Короткая длина волны лучше поглощается металлами. Эффективно режет как тонкий лист (от 0,5 мм), так и толстый прокат (до 100 мм при мощности 60 кВт).

Дополнительное преимущество: меньший диаметр пятна фокусировки по сравнению с CO2 → более высокая плотность мощности → более узкий рез и лучшая точность на тонком металле.

CO2-лазер: для каких задач

CO2-лазер актуален при обработке неметаллов: акрил, полистирол, дерево, фанера, МДФ, текстиль, кожа, резина. Длина волны 10,6 мкм хорошо поглощается органическими материалами. В рекламном производстве, упаковке, деревообработке CO2-лазер по-прежнему доминирует.

Отражающие металлы: алюминий, медь, латунь

CO2-лазер плохо справляется с высокоотражающими металлами (медь, латунь, полированный алюминий): отражённое излучение может повредить оптику. Волоконный лазер менее чувствителен к этой проблеме: специальные режущие головки с защитой от обратного отражения позволяют уверенно работать с медью и латунью.

Стоимость эксплуатации: КПД, расходники, обслуживание

При мощности 3 кВт волоконный лазер потребляет около 10–12 кВт электроэнергии (КПД ~30%). CO2 той же мощности — 20–25 кВт (КПД ~12%). Экономия на электроэнергии за год при односменной работе составляет 300–500 тыс. руб. в зависимости от тарифа.

Расходники CO2-лазера — линзы ZnSe (замена раз в 6–12 месяцев, стоимость 30–80 тыс. руб.), зеркала, лазерная трубка (ресурс 8 000–15 000 часов, стоимость замены — сотни тысяч руб.). У волоконного лазера расходники значительно дешевле: защитные стёкла и сопла на год выйдут в 50 – 200 тысяч, в зависсимости от интенсивности использования и мощности лазера.

Вывод: кому подходит каждый тип

Волоконный лазер: любое металлообрабатывающее производство, машиностроение, металлоконструкции, вентиляция, мебельное производство из металла.

CO2-лазер: рекламное производство, деревообработка, обработка акрила и пластиков, изготовление упаковки, гравировка неметаллических материалов.

Часто задаваемые вопросы

— Можно ли заменить CO2-лазер на волоконный в действующем производстве?

Да. Волоконный лазер устанавливается взамен CO2 без существенной перестройки производства. Потребуется переобучение операторов — обычно 1–2 дня, но необходимо учитывать спектр задач по раскрою материалов.

— Волоконный лазер режет акрил?

Нет. Акрил и большинство пластиков не поглощают излучение 1,06-1,08 мкм. Для акрила необходим CO2-лазер.

— Какой лазер лучше для нержавейки?

Волоконный лазер с азотом (или сжатым воздухом) в качестве вспомогательного газа — оптимальный вариант. Чистая кромка, минимальная деформация, высокая скорость.

— Сколько служит лазерный источник в волоконном станке?

Ресурс лазерного источника (Raycus, VPG) —  заявлено 100 000 часов производителями. Однако при более пристальном внимании к устройству источника, данный ресурс гарантирован на более дорогих источниках VPG. При двухсменной работе это 20+ лет. Практически необслуживаемый узел.

Каталог волоконных лазерных станков по металлу — ВЕКПРОМ