Калькулятор мощности лазера под материал и толщину

Что считает калькулятор

Мощность определяет два результата: какой толщины материал лазер возьмёт за один проход и с какой скоростью. Они связаны не линейно. Чем ближе толщина к пределу трубки или источника, тем круче падает скорость, и тем сильнее её прибавляет следующая ступень мощности. Поэтому на странице две границы.

• Минимальная мощность — наименьшая ступень, на которой материал прорезается за один проход. Для CO2 это предельная скорость не ниже 1,5 мм/с (90 мм/мин) по таблицам производителей, для оптоволокна — наличие строки с этой толщиной в таблице режимов источника. На такой мощности режут единичные заготовки: кромка перегрета, запаса нет.
• Комфортная мощность — на ней однопроходная резка идёт на предельной скорости не ниже 4 мм/с (для ткани не ниже 8 мм/с). У оптоволокна комфортной считается ступень, чья предельная толщина для материала не меньше 1,7 от нужной: то есть работа не выше 60% возможностей источника. Последние строки таблиц Raycus помечены как тестовые и для мелкосерийной резки, а для серий производитель советует брать мощнее.

Пример: фанера 10 мм

По таблицам производителей фанера 10 мм режется на трубке 60 Вт с предельной скоростью 4 мм/с и оптимальной около 2,6 мм/с (160 мм/мин). Это граница комфорта. Ступенью выше, на 80 Вт, оптимальная скорость уже 6 мм/с, на 100 Вт — 10 мм/с. Мощность выросла в 1,7 раза (с 60 до 100 Вт), скорость — в 3,8 раза. Поэтому для листа около предела трубки есть смысл брать ступень с запасом: время резки сокращается в разы, а не на проценты.

Та же трубка на фанере 3 мм работает на 12 мм/с, на 6 мм — около 6 мм/с. Минимальная мощность для 6 мм — 40 Вт, комфортная — 60 Вт: на 40 Вт оптимальная скорость падает до 1,8 мм/с, и запаса на старение трубки не остаётся.

Пример: акрил 10 мм

Для листа 10 мм минимум — 40 Вт (предельная скорость 3 мм/с), комфортная — 60 Вт. Оптимальные скорости у акрила ниже, чем у фанеры: резать его на предельной скорости нельзя, кромка получается шероховатой, а не полированной. 60 Вт даёт 2 мм/с, 100 Вт — 4 мм/с, 130 Вт — 5 мм/с. Для листов 20 мм таблицы показывают минимум 80 Вт (1,5 мм/с на пределе) и комфортных 150 Вт.

Оптоволокно: что влияет на выбор

Для листовой стали, нержавейки и алюминия мощность считается иначе, чем для CO2. Выбирают не только потолок толщины, но и тип газа, а скорость в разных связках растёт по-разному.

• Нержавеющая сталь на азоте. Скорость растёт почти пропорционально мощности. Для листа 6 мм при комфортных 3 кВт — 2,2 м/мин, на 6 кВт — 5,5, на 12 кВт — 14 м/мин: удвоение мощности ускоряет резку в 2,5 раза. Минимум для этой толщины — 1 кВт при 0,5 м/мин на пределе.
• Углеродистая сталь на кислороде. Скорость почти не зависит от мощности, потому что реакцию окисления определяет кислород, а не лазер. Лист 3 мм режется на 3,8 м/мин на источниках 3, 6 и 12 кВт, а на 1 кВт — 2,7 м/мин. Для тонкой чёрной стали берут более слабый источник, а мощный окупается на толстом листе (10 мм: 1,4 м/мин на 3 кВт, 2,0 на 6 кВт) и при резке азотом или воздухом.
• Алюминий на азоте. Источник 1 кВт листы 4 мм не режет, 1,5 кВт идёт на пределе (1 м/мин), 3 кВт — 5 м/мин, 6 кВт — 10 м/мин. Отражающая способность алюминия делает резку на слабых источниках нестабильной.

Таблица скоростей та же, что в калькуляторе стоимости лазерной резки, расход газа на выбранном режиме считает калькулятор расхода газа.

Что будет, если взять мощность меньше

• Чуть ниже комфортной, но выше минимальной. Материал прорезается, но оптимальная скорость падает (на примерах выше — на 30–60%), а резерв на старение трубки или загрязнённую оптику уходит. Трубка CO2 с наработкой в несколько тысяч часов отдаёт заметно меньше паспортных ватт, и режим, работавший на новой, начинает недорезать.
• Ниже минимальной. За один проход материал не прорежется. Остаётся резать в несколько проходов, и время растёт быстрее числа проходов: по наблюдениям Optics Advisors, два прохода занимают в 2,1 раза больше времени, три в 3,2 и четыре в 4,3, при этом кромка темнеет, появляется конусность и подгар. Четыре прохода — предел разумного. Чаще проще взять более длиннофокусную линзу, тоньше заготовку или станок мощнее.
• На пределе источника у оптоволокна. Нестабильная врезка, прожоги, плазма на прямых участках. Raycus прямо помечает такие строки таблиц как пробные и мелкосерийные.

Что ещё сдвигает границы

• Мощность на материале меньше паспортной. Трубка, названная на 80 Вт, у нового экземпляра нередко измеряется около 70 Вт, а ещё 6–12% уходит на зеркалах и линзе (Optics Advisors). Таблицы Artizono составлены для 95% номинальной мощности.
• Фокусное расстояние линзы. Линза 2 дюйма даёт малое пятно и работает до 6–8 мм толщины, для более толстого материала берут 4 дюйма: у неё длиннее зона фокуса.
• Обдув. Хороший воздушный обдув добавляет глубины резки заметнее, чем следующая ступень мощности: дым в резе поглощает и рассеивает луч. Для акрила, наоборот, обдув держат слабым, иначе кромка матовая.
• Сам материал. Литой акрил и экструдированный режутся по-разному, влажная фанера теряет до трети практического максимума, клеевые прослойки и пустоты в дешёвой фанере дают непрорезы при том же режиме. МДФ из-за плотности требует мощности больше, чем фанера той же толщины.
• Кожа, ткань, картон. Для них важнее не мощность, а качество кромки и обдув. Скорость резки обратно пропорциональна толщине: кожа 3 мм на 60 Вт идёт на 8 мм/с, 6 мм — на 4 мм/с. У ткани и картона решает число слоёв и толщина стопки, а не ватты. Данные по картону получены на единственном первичном источнике и менее надёжны, чем по фанере и акрилу.

Какие трубки и источники ставят на станки

По карточкам производителей CO2-станки Wattsan комплектуются трубками от 40 Вт (настольный 0203) и 55–60 Вт (0503) до 80–90 Вт у форматов 6040 и 6090, 100–120 Вт у 1290 и 1610 и 150–180 Вт у 1820; планшетные Flat Bed 2030 PRO — трубками SLW 360–700 Вт. У King Rabbit в каталоге CO2-станки с трубкой 40 Вт (HX 3040), 80–90 Вт (HX 6090), 100–130 Вт (HX 1290) и 130–160 Вт (Flat Bed 1525, 1630, 2030); на 1525 установлена Yongli R7 130–140 Вт, и производитель заявляет для неё пластик до 10–15 мм и фанеру до 8–12 мм. Оптоволоконные раскройные станки Wattsan строятся на источниках Raycus и IPG мощностью от 1,5 кВт, головы Raytools, Precitec и BOCI. Эти диапазоны хорошо ложатся на таблицу: фанера 3–6 мм укладывается в трубку 60–100 Вт, лист 10–15 мм — это уже 100–150 Вт.