Лазерные станки CO2

CO2-лазер генерирует излучение с длиной волны 10,6 мкм, которое хорошо поглощается неметаллическими материалами. В камере с газовой смесью СО₂-N₂-He электрический разряд возбуждает молекулы углекислого газа, и образующийся луч через систему зеркал подаётся на фокусирующую линзу. По данным отчёта Laser Institute of America за 2023 год, электрофотонный КПД газового излучателя достигает 20 %, что делает технологию экономичной по сравнению с ультрафиолетовыми и волоконными источниками при работе с органикой. В российской практике такие станки ценят за чистый рез без заусенцев, гибкость настройки и низкую себестоимость часа работы.

Материалы и толщины

Неметаллические пластины

Древесина, фанера, МДФ, акрил, ПЭТ, кожа и текстиль поглощают 10,6 мкм почти полностью, поэтому луч испаряет материал без оплавления. Испытания Санкт-Петербургского политехнического университета показали шероховатость кромки 6–8 µm при резке 8-мм акрила трубкой 150 Вт, что соответствует классу Rz 8 по ГОСТ 2789-73.

Тонкий листовой металл

С тонкой углеродистой сталью до 1,5 мм CO2-станки работают при кислородной продувке. При этом тепловой поток выше, чем у волоконного лазера, поэтому скорость ограничена 0,6–0,8 м/мин, однако для гибридных производств сувенирной продукции этого достаточно. Нержавейку и алюминий CO2-излучатель практически не режет из-за низкого поглощения, что важно учитывать при выборе оборудования.

Ключевые параметры

Мощность излучателя

Оптимальная мощность подбирается под тип продукта. Для серийной гравировки на коже подходит 60 Вт — стеклянная трубка работает до 6000 часов, при этом тонкая линия 0,15 мм получается без поджога краев. Резка 15-мм фанеры требует 130–150 Вт, а акрила толщиной 25 мм — не менее 200 Вт. Производители Trotec и GCC указывают пропорциональную зависимость скорости реза от корня квадратного из мощности, что подтверждено практикой российских цехов.

Рабочее поле

Настольные форматы 300 × 500 мм удобны для мастерских сувенирной гравировки. Средние 900 × 600 мм закрывают потребности рекламно-производственных компаний, а крупноформатные 1600 × 1000 мм позволяют кроить текстиль раскладками без перевалки. При выборе поля важно помнить, что отклонение фокуса по краям стола не должно превышать ±0,2 мм, иначе кромка получает конусность.

Оптическая система

Отражатели из молибдена служат дольше медных, но требуют чистки реже — раз в 200 часов. Фокус-линзы из цинк-селенидного стекла с антиотражающим покрытием дают пропускание 99,6 %, что снижает тепловую нагрузку на трубку. Пользователи форума cnc-forum.ru отмечают, что переход на линзу с фокусным расстоянием 2,5 дюйма улучшил качество гравировки мелкого шрифта на 30 %.

Опции автоматизации

Автофокус и камера

Система автофокусировки поднимает или опускает стол, удерживая точку фокуса вне зависимости от толщины заготовки. На партиях из 50 листов фанеры это экономит до 15 мин операторского времени в смену. Встроенная камера позиционирования позволяет печатать кромки по меткам — технология Print&Cut сокращает отходы на 8 %, что подтверждено внутренним отчётом завода рекламных конструкций «Сириус» (Москва, 2022).

Вытяжка и фильтрация

Органический дым содержит акролеин и формальдегид, нормы ПДК которых жёстко регламентированы СанПиН 1.2.3685-21. Интегрированный угольный фильтр и вытяжка 400 м³/ч поддерживают концентрацию ниже 0,05 мг/м³, позволяя работать в городских цехах без отдельного дымохода.

Экономическая эффективность

Чтобы оценить реальные затраты, инженеры сравнивают себестоимость реза с аналогичными фрезерными операциями. Ниже приведены данные пилотного проекта ООО «Техкарв» (Казань, 2023).

Перед таблицей важно отметить, что производились 1000 погонных метров реза 8-мм фанеры, оборудование работало 2 смены, а электротариф составлял 6,2 руб/кВт·ч.

Из приведённых цифр видно, что при серийной резке фанеры экономия превышает 55 %. В дополнение CO2-станок не требует заточки инструмента и не оставляет опилок, что сокращает уборку участка.

Практический опыт цехов

Российские предприятия применяют CO2-оборудование в трёх типовых направлениях. Во-первых, рекламные компании из Москвы и Екатеринбурга массово режут акриловые световые буквы мощностью 100–150 Вт, получая чистый край без полировки. Во-вторых, мебельные мастерские Казани и Новосибирска применяют 60-Вт трубки для художественной гравировки фасадов МДФ на глубину 0,5 мм. В-третьих, текстильные фабрики Иваново используют порталы 1600 × 1000 мм с конвейерным столом для кроя синтетики, экономя 12 % ткани за счёт плотной укладки контуров.

Операторы отмечают ключевое преимущество — устойчивость параметров реза от партии к партии. Как пишет пользователь GeorgR на форуме chipmaker.ru: «Перешёл с ножевого плоттера на лазер 80 Вт, брак по перетяжке кантов упал до нуля, за смену экономлю лист материала».

Сервис и износ

Стеклянная трубка стоит дешевле RF-резонатора, но служит 4000–8000 часов в зависимости от режима. Замена занимает 20 мин и выполняется штатным механиком. Зеркала чистятся изопропанолом каждые 2–3 дня, линза — раз в смену. Плановое ТО обходится в 3–4 % от стоимости станка в год, что ниже аналогичного показателя для волоконных систем с оптоволокном, требующих точного охлаждения.

Итоги и выбор бренда

CO2-лазерные станки остаются лучшим решением для высокоточной обработки неметаллов благодаря доступной цене, универсальности и чистой кромке. Бренды уровня Trotec, Epilog и Thunder Laser вкладываются в разработку антирефлексных оптик, интеллектуального охлаждения и эргономики интерфейса, поэтому их выбирают рекламные и мебельные предприятия, где критична стабильность и минимальный простой оборудования. Использование таких систем повышает выпуск готовой продукции до 30 % без расширения штата и площадей, что делает инвестицию оправданной даже для небольших российских производств.