Охлаждение лазерного станка

Охлаждение лазерного станка имеет важное место в эксплуатации оборудования. В статье мы расскажем, ка копдойти к выбору охлаждающего оборудования для вашего станка.

Лазерные станки с ЧПУ отлично зарекомендовали себя как универсальное и удобное в эксплуатации средство обработки широкого спектра материалов. Благодаря высокой скорости и качеству обработки, лазерное оборудование прочно «обосновалось» в ряде производственных ниш (к примеру, в рекламной, текстильной, сувенирной, ювелирной отрасли и ряде других). Этому во многом способствует и небольшая (в сравнении с аналогичным оборудованием) цена лазерных станков с ЧПУ. А также широкая модельная линейка, наличие станков с различным размером рабочей области, величин номинальной мощности лазера и т. п.

Большое распространение получили лазерные машины с газовой смесью в качестве активной среды. Для генерации излучения в них служит смесь углекислого газа, азота и гелия. Газовые лазеры обеспечивают стабильный поток излучения в разных диапазонах изменения мощности. Это улучшает качество обработки изделий. Кроме того, удельная стоимость обработки для лазеров этого типа оказывается очень низкой, что положительно сказывается на уменьшении затрат на производство.

Однако значительным минусом газовых СО2-лазеров является высокий уровень тепловыделения в процессе работы. Причём избыточное тепло отрицательно влияет на саму лазерную трубку, существенно уменьшая её рабочий ресурс. Для продления «живучести» трубки необходимо в обязательном порядке отводить избыточное тепло. Эта задача возлагается на охлаждающую систему лазерного станка.

Что представляет собой чиллер?

Конструкция охлаждающей системы для лазерного станка очень простая. Трубка с запаянной внутри активной газовой смесью имеет двойные стенки корпуса, пространство между которыми служит для пропускания охлаждающей жидкости. Жидкость забирается специальным насосом из основной ёмкости, прокачивается сквозь лазерную трубку, а затем сливается обратно. Эта же ёмкость служит пассивным теплообменником — нагретая в трубке жидкость охлаждается при смешивании с основным объёмом воды.

Пассивная система не всегда обеспечивает должный уровень рассеивания тепла. Приходится либо добавлять холодной воды в ёмкость (рискуя внести загрязнение). Либо периодически останавливать лазерный станок для охлаждения всей массы жидкости естественным путём. Разумеется, при интенсивном производстве на станке такое недопустимо. Кроме того, чтобы соблюсти требуемые условия охлаждения, пассивная система требует наличия очень большого объёма жидкости (порядка 100 л). Это значительно повышает габариты системы и требует просторного помещения для установки лазерного станка.

Но основной проблемой является отсутствие точного контроля рабочей температуры. Если «прозевать» её превышение (а отслеживать это можно лишь визуально), перегрев жидкости может «приговорить» лазерную трубку.

Для автоматизации охлаждающих систем используются специальные устройства — чиллеры. Чиллер содержит ёмкость для охлаждающей жидкости, встроенный насос для её прокачки сквозь лазерную трубку и активную систему теплообмена (трубчатые змеевики, фреон или вентиляторы принудительной циркуляции воздуха, плюс температурные датчики с автоматическим контрольным электронным блоком). Подключив чиллер к лазерному станку, залив рабочую жидкость и выставив желаемую температуру «на выходе» (к примеру, оптимальные для лазерной трубки 19-21 °С), можно «забыть» об охлаждающей системе. Нужная температура будет поддерживаться автоматически — даже при длительной работе лазерного станка с ЧПУ на максимальной мощности!

Критерии выбора чиллера

Говоря о «профессиональном чиллере» подразумеваются модели с такими параметрами, которые позволят эффективно охлаждать лазерный станок вне зависимости от его загрузки (предполагается что при «профессиональном» использовании эта загрузка будет максимально интенсивной).

Конструкции чиллеров делятся на два типа:

• с охлаждением воздухом;
• с охлаждением фреоном.

В чём принципиальная разница?

В том, что воздушный чиллер не сможет охладить жидкость ниже той температуры, которая имеется в помещении! Ведь без фреона (хладагента) воздушному агрегату просто неоткуда «взять холод». Кроме того, воздушные чиллеры часто позиционируются как «начальные модели», поэтому в них могут отсутствовать важные функции (к примеру, автоматический контроль и предупреждение о превышении заданной пользователем температуры охлаждающей жидкости).

Таким образом, единственным плюсом воздушного чиллера (по сравнению с пассивной системой охлаждения лазерного станка) является снижение потребной ёмкости жидкости (до 9-10 литров). Однако рассчитывать на автоматическое поддержание температуры в широком диапазоне изменения нагрузки лазерного станка (и температуры окружающего воздуха в производственном помещении) при использовании воздушного чиллера не приходится.

Область применения воздушных чиллеров — лазерные станки с ЧПУ, оснащённые трубками мощностью не более 60 Вт. Для более мощных станков перегрев охлаждающей жидкости наступает уже после 15 мин непрерывной обработки.

Чиллер с фреоновым охлаждением

Охлаждение на фреоне позволяет ещё более снизить потребный объём охлаждающей жидкости (до 5-7 литров), при этом обеспечивая поддержание уровня заданной пользователем температуры автоматически. При использовании такого чиллера лазерный станок может работать круглосуточно — без всякого намёка на перегрев.

Чиллер подойдёт для лазерных машин с трубками мощностью до 100 Вт и более (в этом случае требуется фреоновый чиллер с большим объёмом встроенной ёмкости). Либо один фреоновый чиллер может устанавливаться для охлаждения одновременно двух станков с трубками 60 Вт и 90 Вт (или иным сочетанием). Правда в этом случае оба станка не должны работать продолжительное время на максимальной мощности.

Что заливать?

Для пассивных систем охлаждения производители лазерного оборудования рекомендуют (разрешают) использовать чистую водопроводную воду. Однако ввиду больших различий в жёсткости воды, лучше применять дистиллированную. Для любых моделей чиллеров дистиллированная вода является единственно допустимым «водяным» хладагентом!

Для заправки чиллера также можно применять антифриз. Но только если до этого чиллер и охлаждающая система лазерного станка не заправлялась обычной водой. В противном случае перед заливкой антифриза необходимо тщательно промыть систему дистиллированной водой.