Projektavimo laisvės atrakcinėjimas: sudėtingų detalių gamyba naudojant CNC lazerinio pjovimo stakles

Kodėl? CNC laserio pjovimo mašina Tikslumas atrakdo sudėtingas geometrines formas

Tikslumas mažesnis nei 0,1 mm ir tikslus smulkių detalių išgavimas plokščiose ir suformuotose detalėse

Pluošto pagrindu veikiantys CNC lazeriniai pjūklai gali pasiekti tikslumą mažesnį nei 0,1 mm, todėl galima gaminti sudėtingas formas, kurių negali apdoroti tradiciniai įrankiai. Šios sistemos išvengia įrankių nusidėvėjimo problemų ir iškreipimų, kurie atsiranda dėl fizinio kontakto, todėl detalės išlieka matmeniškai stabilios, nepriklausomai nuo to, ar apdorojamos metalinės, plastikinės ar kompozitinės medžiagos. Aerokosmosferos pramonė aktyviai naudoja šiuos įrenginius gamindama labai lengvų titano tvirtinimo elementų su mažyčiais ventiliacijos skylutėmis. Nesenai, 2023 metais, atliktas tyrimas parodė, kad komponentai, pagaminti su tikslumu apie 0,08 mm, turėjo maždaug 30 % mažiau broko nei naudojant senąsias apdirbimo technologijas. Ypač išsiskiria tai, kad šie lazeriai vienodai gerai veikia ir išlenktose paviršiuose. Lėktuvų gamintojams daugiau nebėra reikalingi papildomi etapai, pvz., lankstytų langučių ar iškilusių ornamentų pridėjimui, nes įrenginys gali juos iškart išpjauti į išlenktą korpuso dangą gamybos metu.

Nekontaktinio apdirbimo privalumas: aukštesnė kraštų kokybė plonosienėse, mikrostruktūrose ir šilumai jautriose detalėse

Lazerinis pjovimas veikia be liečiant medžiagą, todėl neiškreipia tų itin plonų sienelių, kurių storis yra mažesnis nei pusė milimetro, ir nepažeidžia smulkių detalių, kurių dydis siekia apie 75 mikrometrus. Susfokusuotas spindulys sukuria labai mažas šilumos paveiktas zonas, dėl ko jautrios metalinės medžiagos, pvz., nitinolas, išlieka nepažeistos – pavyzdžiui, širdies stentams, kur reikalingos lygios kraštai, šių kraštų nuokrypis yra mažesnis nei 20 mikrometrų. Kalbant apie tikslų darbą, šie lazeriai gali graviruoti vario grandines, kurių plotis siekia vos 15 mikrometrų, o tuo pačiu išlaikyti beveik visas jų laidumo savybes, kaip nustatyta 2024 m. žurnale „Materials Processing Journal“ paskelbtose naujausiose tyrimų rezultatuose. Mechaniniai metodai negali pasiekti tokios našumo, nes jie sukelia įtempimus, virpesius ir kartais net mikroskopines įtrūkimų linijas, kurios sugenda delikčias komponentes. Todėl pluoštiniai lazeriai tapo pagrindiniais įrankiais dirbant sudėtingoms medicininėms prietaisams arba mažoms elektroninėms detalėms, kur kiekviena smulkmena turi reikšmės.

Plėtojama 3D dizaino laisvė naudojant daugiapračių ašių CNC lazerinio pjovimo įrenginių galimybes

5 ašių integracija sudėtingiems kampams, kraštų suapvalinimams ir išlenktiems profiliams aerokosmoso ir medicinos srityse

Šiuolaikinės daugiapračių ašių CNC lazerinės sistemos gali vienu metu judėti X, Y, Z ašimis bei dar dviem sukimosi ašimis (A ir B). Šios sistemos leidžia pjauti sudėtingus kampus išlenktose paviršiuose, pvz., dujų turbinų mentėse ar chirurginių įrankių korpusuose. Aerokosmoso pramonei šios galimybės yra ypač naudingos – jos leidžia pasiekti tikslumą apie 0,05 mm lėktuvų konstrukcijų elementams, kurie turi lengvųjų gardelės struktūrų. Gaminant titano sąnarių protezes, penkių ašių lazerinis pjovimas tvarko sudėtingas formas be mažų įtrūkimų, kurie dažnai atsiranda frezuojant plonus sienelius. Kadangi eksploatuojant nėra įrankio išlinkimo, šie įrenginiai išlaiko tikslumą net išlenktuose paviršiuose – tai visada buvo sunku pasiekti naudojant tradicinius apdirbimo metodus.

Atvejo tyrimas: titano kaulų implantų gardelės – biomimetinės sudėtingumo pasiekimas, viršijantis frezavimą ar elektroerosinį apdorojimą (EDM)

Naujausioji pluošminio lazerio technologija leidžia tikrai žengti į priekį kurdant gardelinius struktūrinius elementus stuburo sujungimo kabinose, kurie labai primena kaulų trabekulinę struktūrą. Šie dizainai tikrai iškelia į didžiausią ribą tai, ką gali padaryti elektroerozinis apdirbimas (EDM) ir tradicinis frezavimas. EDM susiduria su sunkumais apdirbant sudėtingas įlinkio dalis, o frezavimas dažnai sukelia virpesių pažeidimus šioms delikatiškoms 0,2 mm storio atramoms. Pluošminiai lazeriai šias porėtas formas pjauti su nuostabiu tikslumu – apie 50 mikronų, išlaikydami medžiagos vientisumą ir pasiekdami apytiksliai 87 % poringumą, kuris yra itin svarbus dėl to, kaip gerai kaulas auga į implantą. Gydytojai pastebėjo, kad pacientai po operacijos atsigenda maždaug 40 % greičiau dėl gerinto skysčių judėjimo per šias struktūras. Tikrai įspūdinga yra tai, kaip gamintojai valdo dinamines fokusuotumo nuotolio reikšmes judėdami keliais ašimis. Tai leidžia jiems kurti sudėtingas, išlenktas atraminės paviršiaus struktūras, kurios biologiškai imituojamos ne tik laboratorinėse pavyzdžių versijoje, bet ir tikroje gamybos apimtyje.

Inovacijų pagreitis: CNC lazerinio pjovimo mašina greitajame prototipavime ir mažo tūrio gamyboje

Nuo CAD iki pirmojo pjūvio per <2 valandas: iteracijų srautinimas individualiems, sudėtingiems detalių gamybos procesams

CNC lazeriniai pjūklai tikrai pagreitina prototipų kūrimo procesą – pirmasis fizinis detalės egzempliorius iš CAD brėžinių dažnai pasirengęs per mažiau nei dvi valandas. Toks greitas atsakas leidžia inžinieriams per vieną darbo dieną išbandyti sudėtingas formas, pvz., gardelinius struktūrinius elementus arba smulkius detalius bruožus. Tradiciniai gamybos metodai gali užtrukti dienas tik tam, kad būtų sureguliuoti įrankiai, o šie lazeriai veikia be tiesioginio medžiagos liečiamumo. Jie išlaiko tikslų nuokrypį ±0,1 mm daugiau kaip trisdešimtyje skirtingų medžiagų – nuo stipraus aviacijos titano iki lankstaus plastiko. Pašalinus brangius fizinės įrangos įrankius, iteracijų sąnaudos sumažėja apytikriai 45 procentais, kaip rodo naujausi 2025 m. pramonės duomenys. Šios taupymo galimybės leidžia kuriant tokias sudėtingas ir mažomis partijomis gaminamas prekes kaip specialūs medicininiai implantai arba sudėtingi automobilių komponentai reikšmingai pagreitinti jų kūrimo procesą.

Mikro gamybos puikumas: pluošto pagrindu veikianti CNC lazerinė pjovimo įranga submilimetrine tikslumu

Skaiduliniai CNC lazeriniai pjovimo įrenginiai gali pasiekti tikslumą iki maždaug 0,01 mm, todėl šie įrenginiai yra absoliučiai būtini mažų detalių gamybai. Jų veikimo principas – intensyvus spindulys – leidžia kurti formas mažesnes nei milimetras, beveik nešvaistant medžiagos ir išlaikant struktūrą nepažeistą. Tai ypač svarbu dirbant su šilumai blogai reaguojančiomis medžiagomis, pvz., naudojamomis elektronikos prietaisuose ar lėktuvų komponentuose. Kadangi pjovimo metu nėra fizinio kontakto, viso gamybos ciklo metu kraštai lieka nuolat švarūs, be reikalo nerimaujant dėl įrankių susidėvėjimo ar dalių mechaninio iškreipymo. Medicinos implantų gamintojai tai labai vertina, nes jiems reikia gaminti delikalias chirurgijos dalis, kurios negali būti pagamintos naudojant tradicinius apdirbimo metodus. Dar geriau – sumažinta šilumos poveikio zona saugo sienas, plonesnes nei pusė milimetro, kas visiškai pakeitė žaidimo taisykles sudėtingų mikrodalių masinei gamybai be kokybės kompromisų.

DUK

Koks yra CNC lazerinio pjovimo įrenginių privalumas prieš tradicinius įrankius?

CNC lazeriniai pjovimo įrenginiai gali pasiekti tikslumą mažesnį nei 0,1 mm ir apdoroti sudėtingas formas, kurių negali apdoroti tradiciniai įrankiai. Jie užtikrina aukštesnės kokybės pjūvio kraštus be įrankių nusidėvėjimo ir išlaiko detalių matmeninę stabilumą.

Ar CNC lazeriniai pjovikliai gali dirbti su išlenktomis paviršiaus plotmėmis?

Taip, CNC lazeriniai pjovikliai vienodai gerai veikia ir ant išlenktų paviršių, leisdami įtraukti į medžiagą sudėtingus dizainus bei elementus, tokius kaip grotelės ar iškilusios detalės.

Kaip pluoštiniai CNC lazeriniai pjovikliai naudingi medicinos ir aviacijos-pramonės šakoms?

Šie pjovikliai leidžia gaminti sudėtingas ir tiksliai išmatuotas dalis, kurios yra būtinos aviacijos pramonėje (pvz., lėktuvo korpuso komponentai) ir medicinos įrangoje (pvz., kaulų implantai), užtikrindami itin tikslų matmenų laikymąsi ir puikų medžiagų apdorojimą.

Kokia yra nekontaktinio lazerinio pjovimo vaidmuo gamybos procese?

Bekontaktinis lazerinis pjovimas neleidžia deformuotis plonoms sienelėms ir mažiems elementams, užtikrindamas aukštos kokybės kraštus be įtempių ar mikroskopinių įtrūkimų medžiagoje.

Kaip šiuolaikinė CNC lazerinė technologija pagreitina greitąjį prototipavimą?

Transformuodama CAD projektus į fizinį detalės pavidalą per mažiau nei dvi valandas, CNC lazerinė technologija pagreitina prototipavimą, leisdama greičiau testuoti ir tobulinti sudėtingų detalių projektus.