Путь наград
История рождения лазера тоже началась с предсказаний. В 1916 году существование явления вынужденного излучения (а именно оно является физической основой работы любого лазера) предположил сам Эйнштейн. Двенадцать лет потребовалось ученым на то, чтобы доказать это существование экспериментально, но до открытия самого лазера было по-прежнему далеко. При этом путь к открытию был не столько тернист, сколько славен. Так, в 1950 году А. Кастлер предлагает метод оптической накачки среды для создания в ней инверсной населенности, и получает впоследствии Нобелевскую премию 1966 года.
В 1954 году на шаг к открытию приблизился физик Ч. Таунс, создав первый микроволновой генератор — мазер на аммиаке и получив за это Нобелевскую премию 1964 года. На один пьедестал с ним поднялись советские физики А. Прохоров и Н. Басов. И наконец, в 1960 году продемонстрировать работу первого оптического квантового генератора — лазера удалось Т. Мейману. В качестве активной среды тогда использовался рубин (оксид алюминия Al2O3 с небольшой примесью хрома Cr), а вместо объемного резонатора был использован открытый оптический резонатор. Но на открытии лазера не заканчивается история его развития. Потому что физика лазеров открыла ученым невероятные просторы для дальнейшего расширения сферы применения нового для ученых явления. В 1961 г. был создан лазер на неодимовом стекле, а в течение следующих пяти лет были разработаны лазерные диоды, лазеры на красителях, лазеры на двуокиси углерода, химические лазеры. И на рубеже тысячелетий третьей по счету Нобелевской премией, связанной с разработками в области лазерных технологий, удостоились уже российские физики Ж. Алферов и Г. Кремер. Еще в 1963 году им удалось разработать теорию полупроводниковых гетероструктур, на основе которых были созданы многие сегодняшние лазеры.

Лазерный рез — дело тонкое
Непосредственно в промышленность лазерное оборудование пришло в середине 60-х годов прошлого века. Способность узконаправленного светового потока нагревать объекты до очень высоких температур не осталась незамеченной инженерами.
Специалисты в области обработки металла быстро выяснили, что температура лазерного нагрева не просто высока, а высока настолько, что металл в зоне контакта начинает плавиться, не деформируя при этом участки металла, прилегающие непосредственно к лучу. Это свойство лазерного металлорежущего инструмента оказывается особенно ценным при раскрое легкодеформируемых или нежестких деталей и заготовок, потому что только бесконтактная работа может вырезать деталь, не повредив ее. Плавно передвигая луч, можно создать очень тонкий рез с идеально четким краем.
Несмотря на рекламные уговоры производителей о «всеядности» лазерного станка, свои особенности при работе лазера с различными сплавами металла все же имеются. Своим мнением с читателями журнала делится Николай Зайцев, зав. отделом №4 СКТБ «Наука» КНЦ СО РАН: «Цветные металлы и их сплавы из-за высокой отражательной способности излучения СО2 лазера режутся труднее и требуют специальной оснастки. Но появившиеся в последнее время волоконные лазеры с длиной волны излучения 1,06 мкм позволяют при мощности 2 кВт резать сплавы алюминия толщиной до 10 мм.
Вообще же лазеры применяются для резки углеродистых, легированных и нержавеющих сталей толщиной от 0,5 до 25-30 мм. Скорость резки стали толщиной ~1мм на современных станках достигает 20-50 м/мин и ограничивается в основном динамическими параметрами привода лазерной головки. Так, для резки стали толщиной более 10 мм желательно применять лазер мощностью выше 3 кВт и кроме этого, к лазерным станкам сегодня выпускаются приспособления для резки круглых и прямоугольных труб, что значительно расширяет сферу их применения», — добавляет специалист.
Говоря об усовершенствованиях и расширении функционала нельзя не упомянуть про тенденцию к автоматизации всего промышленного оборудования применимо к лазерным станкам. В течение последних лет сами станки автоматизируются настолько, что роль человека сводится до контролирующей: практически все модели для лазерной резки металла оснащаются ЧПУ. Что не только исключает пресловутый «человеческий фактор», но и позволяет добиваться ранее невозможной точности операций. Это же свойство позволяет перепрограммировать станок на другую модель раскроя, обеспечивая относительную гибкость производства и возможность работы с небольшими партиями деталей.

Свое или чужое?
Перечислять достоинства лазерных станков для резки металла можно сколько угодно, но каким бы хорошим ни был тот или иной станок, без недостатков его описание будет неполным. А недостаток у него весомый — цена. Мощное промышленное оборудование, представляющее собой серьезную производственную систему, может обойтись владельцу настолько дорого, что разница в производительности и качестве раза окажется не стоящей дополнительных затрат. Как правило, именно это и происходит при покупке режущих станков для небольшого производства: предприниматель готов пожертвовать аккуратностью раскроя, вместо того, чтобы приобретать технику, которая никогда не окупится. Тем более, для более ответственных работ всегда можно воспользоваться услугами подрядных компаний, целенаправленно выполняющих заказы по лазерной резке металла. И пусть принятие решения по приобретению станка или заказу работ остается на плечах самого промышленника, не лишним в этом вопросе будет учесть все требования, которые обязательно придется выполнять в случае покупки и установки лазера.
Начнем с того, что современное лазерное оборудование, которое позволяет резать металл толщиной 10 мм и толще, стоит от 400 тыс. долл. и выше. Необходимо также учитывать некоторые специальные требования к помещению, где размещается станок (иногда это даже не станок, а целый производственный комплекс, который может занимать целый цех) и к квалификации обслуживающего персонала.
В зависимости от сложности контуров изделий объем обрабатываемого листового материала может достигать 20-100 т/месяц. И фактически только в этом случае покупка своего оборудования возымеет смысл.
«Собственное лазерное оборудование, как правило, приобретают предприятия, имеющие устоявшуюся номенклатуру и объем выпускаемых изделий, в которых лазерный раскрой материалов является одной из технологических операций передела листового металла в готовую продукцию, — комментирует Николай Зайцев, — Вместе с тем лазерные технологии являются критически важными для многих отраслей экономики. Одним из наиболее актуальных вопросов сегодня становится обеспечение доступа к лазерным технологиям для максимально широкого круга промышленных предприятий, в том числе для предприятий малого и среднего бизнеса», — говорит он.
В промышленно развитых странах за рубежом освоение лазерных технологий имеет серьезную государственную поддержку — прежде всего там, где развита лазерная индустрия. Так, в США сегодня имеется несколько сотен центров услуг по лазерной обработке «job-shop» — региональных центров лазерных технологий, выполняющих заказы предприятий своего региона на обработку материалов и изделий лазерным лучом.
В Германии также есть такие центры услуг и, кроме того, в рамках федеральной программы «Оптические технологии» там создается система лазерных информационно-консалтинговых центров, которые должны организовать сотрудничество предприятий-потребителей с фирмами-исполнителями заказов на лазерную обработку материалов, измерения и т. п. Специализированные центры продвижения лазерных технологий есть и в других странах Западной Европы, а также в Индии, Китае и др. Государственная поддержка указанных центров реализуется в виде льготных кредитов, освобождении от налогов, а также в виде прямого финансирования работ из государственного или регионального бюджета.
Николай Зайцев продолжает: «В последние годы в России также начали создаваться лазерные инновационно -технологические центры. Первый такой центр появился в Москве в 2005 г. Более активную позицию в деле создания региональных лазерных центров стали занимать регионы России, понимающие перспективность этого направления. Проведена серьезная работа в С.-Петербурге, где на базе четырех малых предприятий был создан Лазерный региональный Северо-Западный центр. Есть все предпосылки к организации лазерных региональных центров в Подмосковье, Самаре, Саратове, Екатеринбурге, Новосибирске и Томске, возможно в Красноярске» — отмечает специалист.

Новый этап
Помимо цены ограничивает приобретение собственного станка другой фактор — это то, что с помощью лазера можно обработать металл, не толще 20 мм. Впрочем, эту проблему ученые и инженеры постепенно решают. Например, не так давно первая в мире лазерная установка, способная резать сталь толщиной свыше 50 мм, была смонтирована на судоверфи в США. Применение кислорода в процессе резки металла позволило установить этот рекорд с использованием лазера отнюдь не «рекордной» мощности, составляющей менее 2 кВт.
Предполагается, что передовая технология (технология Laser-ASsisted OXigen, LASOX) уже в первой половине года будет внедрена на предприятиях еще двух всемирно известных машиностроительных компаний США, а в скором будущем найдет себе много новых областей применения в промышленности.
На этот раз запад, увы, превзошел российскую инженерную мысль. Но, как отметил Николай Зайцев, и на российском рынке присутствуют достойные компании-изготовители: «Зарубежный производитель может предложить широкую гамму лазерного оборудования, но и в нашей стране есть конкурентоспособные по соотношению цена/качество модели. Некоторые отечественные производители оснащают свои станки импортными СО2 лазерами. Кроме того, перспективный ряд волоконных лазеров, освоенных и выпускаемых в России, агрессивно вклинился в международный рынок технологических лазеров для раскроя и сварки металлов».

Антон Полевой.