Бізнес на лазерному верстаті: що потрібно знати та що можна робити

Що потрібно знати про лазерні верстати перед тим, як розпочинати бізнес 

Лазерний верстат обробляє матеріал за допомогою тонкого пучка сфокусованого світла, який нагріває, випаровує або плавить матеріал в точці контакту. Керування координатами наведення пучка завжди здійснюється ЧПК, що забезпечує високу точність і повторюваність. Матеріал кладеться на робочий стіл і зазвичай не закріплюється. 

В більшості випадків таку точність, якість і складність форми порізки не може забезпечити не одне інше обладнання. Тому лазери в промисловості поза конкуренцією.

По-перше вам треба вибрати вид лазеру:

• CO₂-лазери – ідеальні для різання та гравіювання дерева, акрилу, шкіри, тканин, пластику, каменю. Не підходять для металів (окрім маркування).
• Волоконні лазери – призначені для металів (сталь, алюміній, латунь), а також пластиків. Широко використовуються у промисловості.
• UV- та YAG- напівпровідникові лазери – застосовуються для глибокого гравіювання та різання товстих металів.

Процес різки сталі на лазерному верстаті

По-друге необхідно вибрати верстат по всім іншим характеристикам.

• Найголовніша характеристика - потужність лазера. Від 30–60 Вт – це гравіювання, різання тонких матеріалів. Ну а для розкрою металу потужність повинна бути не менше 500 Вт.
• Далі ви повинні вибрати розміри робочої зони. Це важлива характеристика від якої залежить не тільки габарит готових деталей, но і необхідність порізки великогабаритного листового матеріалу перед завантаженням на верстат.
• Швидкість робочої подачі мм/хв. Зазвичай на верстатах її вистачає для усіх потреб. Але в цьому питання додатково важлива характеристика швидкості відпрацювання поворотів і криволінійних траєкторій. Ці параметри зазвичай не можуть бути нормовані в специфікаціях і їх треба оцінювати на тестовій різці криволінійних деталей.
• Можливість подача додаткових газів: кисню, стисненого повітря або азоту.
• Точність позиціонування. Параметр на який варто звертати увагу тільки при виборі великогабаритних верстатів. В сучасних моделях з маленькими столами точність позиціювання майже завжди не викликає зауважень.

Лазерні верстати з розміром столу 8 см та 24 метра

Якщо ви плануєте відкривати бізнес тільки на цьому обладнанні то дуже важливо розуміти, що лазерний верстат не працює сам по собі. Для нього додатково потрібно:

• оперативний склад листового матеріалу;
• підйомно-транспортне обладнання для транспортування листів;
• промислова вентиляція;
• робоче місце інженера-технолога;
• при великій номенклатурі місце зберігання готової продукції з можливістю маркування замовлень;
• обладнання для порізки відходів і місце їх зберігання. 

А у випадку повного циклу виробництва продукту додатково необхідно декілька з наступних пунктів:

• обладнання для правки листових заготовок;
• обладнання для порізки заготовок з рулонів;
• дільниця листозгинання;
• дільниця порошкового фарбування с піскоструминним очищенням;
• зона зберігання балонів з додатковими газами;
• робочі місця для складання;
• дільниця зварювання;
• зона пакування виробів.

Переваги використання лазерних верстатів для бізнесу

Гравіювання

Лазерне гравіювання працює з різними матеріалами: метали (алюміній, сталь, латунь, титан), пластики (акрил, ABS, делрін), дерево, фанера, шкіра, тканина, скло (з підготовкою), камінь, кераміка. Таке обладнання також підходять і для виконання перфорації та отворів складної конфігурації в тонких матеріалах, наприклад у папері.

Лазерний промінь може бути сфокусований до дуже малої точки, що дозволяє відтворювати найдрібніші деталі, тонкі лінії, складні візерунки та навіть фотографії з високою роздільною здатністю. Це критично важливо для гравіювання логотипів, текстів малого розміру, QR-кодів або складних художніх зображень, де якість кожної деталі має значення.

Порізка матеріалів

Для бізнесу, що спеціалізується на виробництві деталей, рекламних конструкцій, меблів, чи інших виробів з листових матеріалів, лазерний верстат надає значні конкурентні переваги.

Ви можете різати лазером метал до 20мм товщиною. Лазер здатний також різати майже всі неметалеві матеріали. Його можливості обмежуються тільки товщиною заготовки. Він є ідеальним інструментом для різання м’яких, пористих, крихких і тонких матеріалів, наприклад, текстилю, паперової продукції, поролону.

Порізка характеризується точністю до 0,05 мм, ідеально рівними краями без задирок і деформацій, можливістю виконання складних контурів з мінімальним радіусом вигину. Також зручно, що верстати мають високу швидкість різання (до 10 м/хв для тонких матеріалів), можливість безперервної роботи 24/7 та мінімальний час переналагодження між замовленнями.

Швидкість різання дуже сильно залежить від матеріалу. Якщо взяти оброблюваність сталі на лазерному верстаті за одиницю, то вольфрам має коефіцієнт 0,6, мідь – 0,86, алюміній – 2,7. Враховуйте, що теплопровідність матеріалів дуже впливає на максимальну товщину листа, що оброблюється.

Лазерна очистка

Лазерне очищення (laser ablation), — це сучасна технологія, яка використовує сфокусований лазерний промінь для видалення забруднень, іржі, фарби чи інших небажаних шарів з поверхні матеріалу. При спрямуванні на поверхню енергія лазера поглинається забрудненням (іржею, фарбою тощо), а не основним матеріалом. Для цього лазерний промінь працює імпульсами на низькій потужності, що дозволяє точно контролювати глибину і силу впливу. Глибина, на яку поглинається лазерна енергія, а отже, і кількість матеріалу, що видаляється одним імпульсом, залежить від оптичних властивостей матеріалу, довжини хвилі лазера та тривалості імпульсу.

Процес очистки лазером. Відбувається зі специфічним звуком.

Енергія може вибірково поглинатися покриттями, особливо на металі. Лазерне очищення використовується для ефективного видалення іржі з металевих предметів; видалення олії або жиру з різних поверхонь. Лазерне очищення є одним з найкращих методів очищення гумових форм завдяки мінімальному пошкодженню поверхні.

Лазерне зварювання

Лазерне зварювання — це процес з'єднання металевих або термопластичних матеріалів за допомогою інтенсивного, сфокусованого лазерного променю. Цей метод забезпечує високу швидкість та точність з'єднання, що робить його незамінним у багатьох сучасних галузях. 

Залежно від потужності променю процес може бути поверхневим або на велику глибину. 

В першому випадку промінь лазера з низькою потужністю нагріває поверхню матеріалу, розплавляючи його. З'єднання відбувається за рахунок теплообміну, при цьому глибина проплавлення невелика. Цей метод використовується для тонких матеріалів.

Деталь, що виконана лазерним зварюванням.

У другому випаду лазер високої потужності створює в матеріалі вузький канал із випаруваного металу. Енергія променю проходить через цей канал, забезпечуючи глибоке проплавлення. Завдяки цьому можна зварювати товстіші матеріали з досить високою швидкістю.

Що можна робити на лазерному верстаті: бізнес-ідеї 

Лазерний верстат дозволяє запустити прибутковий бізнес з мінімальними витратами на сировину. Основне призначення лазерних верстатів в машинобудуванні – це якісний розкрій листового матеріалу. Якщо розглядати невелике підприємство, яке має тільки лазерний верстат і невелику кількість додаткового обладнання то воно може займати такі ніші.

1. Виготовлення деталей для машинобудування під замовлення. Це можуть бути плоскі шестерні, пластини, кронштейни, фланці, кулачки. Зазвичай такий бізнес вимагає постійних партнерів.
2. Виготовлення елементів металоконструкцій для будівництва. Пластини для з'єднання, опорні елементи, частини для каркасів, фігурні фасади. В цьому випадку виробництво може виготовляти такі вироби на продаж. Наприклад, виготовляти комплекти для створення навісів над машинами для домогосподарств, металевих різних воріт, решіток парканів.
3. На лазерному верстаті виготовляються корпуси та шасі для електроніки і електрики, для акумуляторів накопичувачів, нестандартних виробів військового призначення. Зазвичай такі вироби виконують під замовлення невеликими партіями.
4. Рекламні та декоративні вироби потребують партнерство з рекламними агентствами. Зазвичай це індивідуальна продукція під замовлення з високою доданою вартістю. В цій ніші також можна виготовляти і серійні вироби на продаж: металоконструкції бігбордів, сітілайтів, кріплень табличок на стовпи.
5. Дуже цікаво з точки зору бізнесу виготовлення меблі та елементи дизайну. Крім серійних виробів садових столів і стільців, промислових шаф для робочого одягу, кріплення з обрамленням для телевізорів можливо робота з державними і комунальними підприємствами. В цьому випадку можливо виготовлення лавочок для парків, поштових скриньок для багатоквартирних будинків, огородження проїжджої частини з логотипами населених пунктів.
6. Існує велика ніша для зварювання лазером. При невеликій потужності лазеру це може зварювання тонких матеріалів: контактів до акумуляторних комірок; різнорідних металів для біметалевих виробів; виготовлення маленьких і одночасно точних механізмів вимірювальних приборів. Якщо використовується лазер високої потужності, то можна зварювати трубні профілі складної конструкції, проводити зварювальні роботи максимально близько до горючих деталей виробу.

Якщо говорити не тільки про різку металів, то лазерні верстати з ЧПК дуже широко використовуються в художній продукції.

1. Виробництво сувенірної та подарункової продукції. Можливості тут майже безмежні: персоналізовані подарунки, гравірування імен, дат, побажань, фотографій на дерев'яних виробах. Виготовляються також брелоки, магніти, значки, пазли, фігурки з дерева, фанери, акрилу.
2. Декор та інтер'єр. Лазерні верстати дозволяють створювати унікальні елементи декору: настінні панно та картини: вирізані та гравіровані з дерева, фанери або акрилу; світильники та нічники; дзеркала з гравіюванням.
3. Рекламна продукція та POS-матеріали. Такі верстати незамінний інструмент для рекламної індустрії: вивіски та таблички, логотипи та літери, номерки, бейджі, гардеробні жетони; підставки під продукцію.
4. Виробництво одягу та аксесуарів. Лазери дозволяють працювати з текстилем та шкірою.
5. Промислове маркування та шильдики. З такою задачею можуть впоратись волоконні лазери.
6. Ювелірна продукція.

7. Моделювання та макетування за допомогою вирізаних лазером деталей в багатьох випадках виконується швидше, ніж на 3D-принтерах.
8. Подарункова та брендована упаковка.
9. Іграшки, головоломки та розвивальні ігри.
10. Спеціалізовані ніші. Це виготовлення печаток та штампів; вирізання трафаретів; вирізання деталей малих безпілотних апаратів, холдерів для акумуляторних комірок, значки та шеврони.

Приклад бізнес-плану з лазерним верстатом

Приведемо приклад реального виробництва, де в цеху встановлені лише лазерні верстати з ЧПК. На старті був придбано лазерний розкроювальний верстат з ЧПК для порізки металу з потужністю лазера 3,5 кВт. Ця потужність дозволяла різати чорний метал товщиною до 12мм. В цеху була кран-балка для транспортування важких листів металу. А для складування матеріалу на зовнішньому складі придбаний автонавантажувач.

На початку була проведена рекламна компанія по всім підприємствам і майстерням району о можливості виконання розкрою металу на замовлення. В партнерстві з фірмою по виготовленню парканів було почато виробництво фігурних воріт і дверей. У вільний від цієї роботи час виготовлялись вироби на продажу через інтернет: збірні мангали з актуальною символікою, туристичні приладдя, кріплення прапорів на стінки, номера та флюгери для домів приватного сектора.

Склад матеріалів підтримувався в актуальному стані. Контролювалось, щоб в кожний момент було хоча би по одному листу чорного металу товщинами від 0,5 до 6 мм. Це дозволяло виконувати замовлення «тут і зараз». Такий підхід почав приваблювати приватних замовників. Вони зазвичай чекали своє замовлення не більше 20 хвилин.

Була зібрана колекція файлів готових виробів: навісів для воріт, перфорації різних видів, кутники для дерев’яних виробів тощо. Був найнятий на роботу інженер, що вмів проводити 3D-моделювання для розробки розгорток. Це ще збільшило потік приватних замовників. Одночасно було освоєні порізка під газом: стисненим повітрям, киснем та азотом.

Але основна частка доходу була від малих підприємств, що почали замовляти деталі малими партіями. Аграрні підприємства замовляли запчастини для ремонту і виготовлення свого обладнання. Експериментальні виробництва замовляли порізку з нерозповсюджених матеріалів. Хімічні підприємства замовляли партії фланців і інших виробів зі специфічних сталей. Частина замовлень поступала через інтернет, але висока конкуренція в мережі не дозволяла збільшити частку інтернет замовлень більше ніж до 10-15%.

Додатково був взятий в оренду розкроювальний плазмовий верстат зі столом 15 метрів. Але через брак замовлень на плазміну порізку і зношеність електроніки верстату від нього через півроку відмовились. Натомість зараз додатково придбано ще один лазерний верстат з таким же столом 4х3м, але з більш потужним лазером, що дозволяє різати чорні метали товщиною до 16мм.

Наразі підприємство працює малими партіями і індивідуальними замовленнями. Виготовлення виробів на продаж майже припинено через завантаженість обладнання замовленнями. В майбутньому планується придбати лазерний верстат для порізки труб.

Можливе "підводне каміння"

Розрахунок вартості виготовлення деталі залежить не тільки від довжини різу, но і від щільності розташування деталей на листі, кількості відходів та від необхідності застосування додаткових промислових газів. Тому майже неможливо проводити розрахунок ціни в автоматичному режимі.

Заготовки-листи, особливо металеві товщиною більше 2-3мм можуть мати ввігнутість. Лазерні верстати компенсують нерівність поверхні, але не в занадто великих значеннях. Ввігнутість листів більше 40-50мм перед обробкою необхідно виправляти вигинанням. Відповідно в цеху повинно стояти пресове обладнання. Це може бути найпростіше гравітаційне обладнання на основі підйомного крану. Також для вигинання можна задіювати ковальсько-пресове обладнання, що вже, наприклад, встановлено на підприємстві.

Навіть якщо ви плануєте використовувати виключно файли замовника вам все одно буде необхідний інженер-технолог. Саме він приймає файли від замовника, визначає можливість обробки деталей взагалі, визначається з режимами різання, розташовує партії заготовок на листах, слідкує за відповідністю масштабів креслення і готової продукції. Для його роботи необхідно відокремлене від виробництва приміщення, а також програмне забезпечення 2D-моделювання. Найпростіше програмне забезпечення для 2D-моделювання зазвичай постачається разом з верстатом. Але для дійсно оптимального розташування деталей на листі заготовки, широкої бази режимів обробки, можливістю листового 3D-моделювання з наступною розгорткою буде необхідно додаткове програмне забезпечення.

Техніка безпеки при використанні лазерних верстатів

Так як обробка лазером є по суті термічної операцією згорання матеріалу заготовки, то організація витяжної вентиляції над зоною обробки є обов’язкова. Навіть маленькі настільні верстати для гравіювання по дереву виділяють дим, що без вентиляції утворює неприємний запах у приміщенні.

Лазерний промінь відноситься до 4 класу лазерних продуктів. Заборонено використовувати верстати особам які не досягли 18 річного віку. На твердотільних лазерах, в яких промінь несе ще більшу небезпеку, заборонено дивитись на процес без спеціальних захисних окулярів. При постійному використанні вони дряпаються і інколи ламаються. Ви повинні прийняти, що захисні окуляри є розхідним матеріалом.

Деталі, що тільки но порізані дуже гарячі. Їх неможна брати руками без захисту. Заздалегідь потурбуйтеся про обладнання приміщення засобами пожежного захисту, вогнегасниками, тощо.

Декілька порад від Abplanalp про бізнес на лазерному верстаті

Навіть якщо ви працюєте на давальницькій сировині, все одно не завадити мати на складі оперативний запас популярно у вас листового матеріалу.

Прорахуйте який з трьох варіантів роботи з відходами вам вигідніший:

• накопичення і здача залишків листів без порізки (значний об'єм відходів що значно збільшує кількість транспорту, але економить на порізці);
• порізка залишків ручним інструментом (висока трудоємність);
• порізка залишків на лазерному верстаті, в найкращому випадку одразу після операції, не збиваючи базування (додаються витрати часу основного обладнання).

Майте контакти з постачальниками промислових газів (кислород, азот, аргон), навіть якщо ними в даний час не користуєтесь. Замовники цінують оперативність виконання їх термінових позапланових замовлень.

Якщо у вас відсутнє обладнання листозгинання то вам потрібно мати контакти тих, хто цим займається. Дуже часто вирізані на лазері металеві деталі потребують гнуття.

Тренуйтесь і проробляйте нові режими обробки для нестандартних матеріалів, наприклад для «трансформаторного» заліза, що покрито лаком. Це комбінації газів, їх тисків, швидкостей обходу контурів, криві потужності лазеру в залежності від швидкості подачі. Ці знання пригодяться вам для швидкого впровадження обробки нових матеріалів від замовника. Так ви зможете брати навіть ті замовлення, які не змогли виконати конкуренти.

Експериментальна деталь що виконана у пошуку режимів обробки «трансформаторної» сталі на лазерному верстаті. Видно напливи на кромках через малу подачу азоту

Використовуйте інтернет зв’язок між верстатом і комп’ютером інженера-технолога. Це значно прискорює впровадження виготовлення продукції. Особливо при одиничному або унікальному типах серійності виробництва. А також дозволяє віддаленої або змішаної форми роботи інженера.

Якщо ви працюєте з індивідуальними замовленнями то поміркуйте над сайтом, через який клієнти зможуть безпосередньо оформлювати замовлення включно з передачею файлів креслеників.

Навчитесь моделювати листовий матеріал у 3D. Це розкриває обширні можливості прийняття замовлень на вироби складної конфігурації.

Діфузор вентилятора, що накреслено у 3D і вирізано на лазерному верстаті всього з двох деталей

Навіть відходи можуть бути корисні. Дуже часто малюнок що повторюється на залишках листів після порізки може нести естетичне задоволення.

Сітка підтримки куща, що виготовлена з відходів лазерної порізки

Користування лазерним верстатом

Для охолодження лазерів використовуйте виключно дистильовану воду, із можливим додаванням знезаражуючої рідини. 

Рекомендується щоденне чищення оптики перед роботою. При цьому пристрій повинен бути у вимкненому стані. Для операції розкрою вихідні елементи оптики повинні інколи мінятись, тож заздалегідь подбайте про їх придбання.

Лазери високої потужності неможна вимикати просто знеструмленням обладнання. Треба дочекатись завершення роботи системи охолодження. Для такого обладнання окремо на кулер рекомендується встановлення систем безперебійного живлення, що забезпечує хоча би 2-5 хвилин його роботи. Відповідно при аварійному знеструмленні верстат зупиниться, але лазер перед вимкненням зможе пройти цикл охолодження.

Висновки

Лазерний верстат – це техніка, яка перетворює креативні ідеї на прибуток. Він ідеально підходить для малого та середнього бізнесу, дозволяючи створювати унікальні вироби з високою доданою вартістю. Головне – обрати правильну нішу, оптимізувати витрати та ефективно презентувати продукцію клієнтам. Лазерне обладнання відкриває широкі можливості для підприємців завдяки своїм унікальним характеристикам.