Бизнес на лазерном станке: что нужно знать и что можно делать

Что нужно знать о лазерных станках перед тем, как начинать бизнес

Лазерный станок обрабатывает материал с помощью тонкого пучка сфокусированного света, который нагревает, улетучивает или плавит материал в точке контакта. Управление координатами наведения пучка всегда осуществляется ЧПУ, что обеспечивает высокую точность и повторяемость. Материал кладётся на рабочий стол и обычно не закрепляется.

В большинстве случаев такую точность, качество и сложность формы резки не может обеспечить ни одно другое оборудование. Поэтому лазеры в промышленности вне конкуренции.

Во-первых вам нужно выбрать вид лазера:

• CO₂-лазеры – идеальны для резки и гравировки дерева, акрила, кожи, тканей, пластика, камня. Не подходят для металлов (кроме маркировки).
• волоконные лазеры предназначены для металлов (сталь, алюминий, латунь), а также пластиков. Широко используются в промышленности.
• UV- и YAG- полупроводниковые лазеры – применяются для глубокой гравировки и резки толстых металлов.

Процесс резки стали на лазерном станке

Во-вторых необходимо выбрать станок по всем остальным характеристикам.

• Самая главная характеристика – мощность лазера. От 30–60 Вт – это гравировка, резка тонких материалов. Ну а для раскроя металла мощность должна быть не менее 500 Вт.
• Далее вы должны выбрать размер рабочей зоны. Это немаловажная характеристика от которой зависит не только габарит готовых деталей, но и необходимость порезки крупногабаритного листового материала перед загрузкой на станок.
• Скорость рабочей подачи мм/мин. Обычно на станках её хватает для всех вариантов. Но в этом вопросе дополнительно важна характеристика скорости отработки поворотов и криволинейных траекторий. Эти параметры обычно не могут быть нормированы в спецификации и их следует оценивать на тестовой резке криволинейных деталей.
• Возможность подачи дополнительных газов: кислорода, сжатого воздуха или азота.
• Точность позиционирования. Параметр, на который следует обращать внимание только при выборе крупногабаритных станков. В современных моделях с маленькими столами точность позиционирования почти всегда не вызывает замечаний.

Лазерные станки с размером стола 8 см и 24 метра

Если вы планируете открывать бизнес только на этом оборудовании, то очень важно понимать, что лазерный станок не работает сам по себе. Для него дополнительно требуется:

• оперативный склад листового материала;
• подъемно-транспортное оборудование для транспортировки листов;
• промышленная вентиляция;
• рабочее место инженера-технолога;
• при обширной номенклатуре место хранения готовой продукции с возможностью маркировки заказов;
• оборудование для резки отходов и место их хранения.

А в случае полного цикла производства продукта дополнительно необходимо несколько из следующих пунктов:

• оборудование для правки листовых заготовок;
• оборудование для резки заготовок из рулонов;
• участок листогибки;
• участок порошковой покраски с пескоструйной очисткой;
• зона хранения баллонов с дополнительными газами;
• рабочие места для сборки;
• участок сварки;
• зона упаковки изделий.

Преимущества использования лазерных станков для бизнеса

Гравировка

Лазерная гравировка работает с различными материалами: металлы (алюминий, сталь, латунь, титан), пластики (акрил, ABS, делрин ), дерево, фанера, кожа, ткань, стекло (с подготовкой), камень, керамика. Такое оборудование также подходят для выполнения перфорации и отверстий сложной конфигурации в тонких материалах, например в бумаге.

Лазерный луч может быть сфокусирован до очень маленькой точки, что позволяет воспроизводить мельчайшие детали, тонкие линии, сложные узоры и даже фотографии с высоким разрешением. Это критически важно для гравировки логотипов, текстов малого размера, QR-кодов или сложных художественных изображений, где качество каждой детали имеет значение.

Порезка материалов

Для бизнеса, специализирующегося на производстве деталей, рекламных конструкций, мебели или других изделий из листовых материалов, лазерный станок предоставляет значительные конкурентные преимущества.

Вы можете резать металл лазером до 20мм толщиной. Лазер способен также резать практически все неметаллические материалы. Его возможности ограничиваются только толщиной заготовки. Он является идеальным инструментом для резки мягких, ячеистых, хрупких и тонких материалов, например, текстиля, бумажной продукции, поролона.

Резка характеризуется точностью до 0,05 мм, идеально ровными краями без заусенцев и деформаций, возможностью выполнения сложных контуров с минимальным радиусом изгиба. Также удобно, что станки имеют высокую скорость резки (до 10 м/мин для тонких материалов), возможность непрерывной работы 24/7 и минимальное время переналадки между заказами.

Скорость резки очень сильно зависит от материала. Если взять обрабатываемость стали на лазерном станке в единицу, то вольфрам имеет коэффициент 0,6, медь – 0,86, алюминий – 2,7. Учитывайте, что теплопроводность материалов оказывает большое влияние на максимальную толщину обрабатываемого листа.

Лазерная очистка

Лазерная очистка (laser ablation) — это современная технология, использующая сфокусированный лазерный луч для удаления загрязнений, ржавчины, краски или других нежелательных слоев с поверхности материала. При направлении на поверхность энергия лазера поглощается загрязнением (ржавчиной, краской и т.п.), а не основным материалом. Для этого лазерный луч работает импульсами на низкой мощности, что позволяет точно контролировать глубину и силу воздействия. Глубина, на которую поглощается лазерная энергия, а следовательно, и количество удаляемого одним импульсом материала зависит от оптических свойств материала, длины волны лазера и длительности импульса.

Процесс очистки лазером. Происходит со специфическим звуком.

Энергия может выборочно поглощаться покрытиями, особенно на металле. Лазерная очистка используется для эффективного удаления ржавчины с металлических предметов; удаление масла или жира с разных поверхностей. Лазерная очистка является одним из лучших методов очистки резиновых форм благодаря минимальному повреждению поверхности.

Лазерная сварка

Лазерная сварка – это процесс соединения металлических или термопластических материалов с помощью интенсивного, сфокусированного лазерного луча. Этот метод обеспечивает высокую скорость и точность соединения, что делает его незаменимым во многих отраслях.

В зависимости от мощности луча, процесс может быть поверхностным или на большую глубину.

В первом случае луч лазера с низкой мощностью нагревает поверхность материала, расплавляя его. Соединение происходит за счёт теплообмена, при этом глубина проплавки невелика. Этот метод используется для тонких материалов.

Деталь которая выполнена лазерной сваркой.

Во втором выпаде лазер высокой мощности создаёт в материале узкий канал из испаряемого металла. Энергия луча проходит через этот канал, обеспечивая глубокую проплавку. Благодаря этому можно сваривать более толстые материалы с достаточно высокой скоростью.

Что можно делать на лазерном станке: бизнес-идеи

Лазерный станок позволяет запустить прибыльный бизнес с минимальными затратами на сырье. Основное предназначение лазерных станков в машиностроении – это качественный раскрой листового материала. Если рассматривать небольшое предприятие, имеющее только лазерный станок и небольшое количество дополнительного оборудования, то оно может занимать такие ниши.

1. Изготовление деталей под заказ промышленности. Это могут быть плоские шестерёнки, пластины, кронштейны, фланцы, кулачки. Обычно подобный бизнес требует постоянных партнёров.
2. Изготовление элементов металлоконструкций при строительстве. Пластины для крепления, опорные элементы, части для каркасов, фигурные фасады. В этом случае производство может производить такие изделия на продажу. К примеру, изготавливать комплекты для создания навесов над машинами для домохозяйств, металлических ворот разной конструкции, решёток заборов.
3. На лазерном станке производятся корпуса и шасси для электроники и элекетрики, для аккумуляторных накопителей, нестандартных изделий военного назначения. Обычно такие изделия производят под заказ небольшими партиями.
4. Изготовление рекламных и декоративных изделий нуждаются в партнёрстве с рекламными агентствами. Обычно это индивидуальная продукция под заказ с высокой добавленной стоимостью. В этой нише также можно изготавливать и серийные изделия на продажу: металлоконструкции бигбордов, ситилайтов, креплений табличек на столбы.
5. Очень интересно с точки зрения бизнеса изготовление мебели и элементы дизайна. Помимо серийных изделий садовых столов и стульев, промышленных шкафов для рабочей одежды, крепежа с обрамлением для телевизоров возможна работа с государственными и коммунальными предприятиями. В этом случае возможно изготовление скамеек для парков, почтовых ящиков для многоквартирных домов, ограждения проезжей части с логотипами населённых пунктов.
6. Существует большая ниша для сварки лазером. При небольшой мощности лазера это может сварка тонких материалов: контактов к аккумуляторным ячейкам; разнородных металлов для биметаллических изделий; изготовление маленьких и одновременно точных механизмов измерительных приборов. Если используется лазер высокой мощности, то можно сваривать трубные профили сложной конструкции, производить сварочные работы максимально близко к горючим деталям изделия.

Если говорить не только о резке металлов, то лазерные станки с ЧПУ очень широко используются в художественной продукции.

1. создание сувенирной и подарочной продукции. Возможности здесь почти безграничны: персонализированные подарки, гравировка имён, дат, пожеланий, фотографий на деревянных изделиях. Изготавливаются также брелоки, магниты, значки, пазлы, фигурки из дерева, фанеры, акрила.
2. Декор и интерьер. Лазерные станки позволяют создавать уникальные элементы декора: настенные панно и картины: вырезанные и гравированные из дерева, фанеры или акрила; светильники и ночники; зеркала с гравировкой.
3. Рекламная продукция и POS материалы. Такие станки – незаменимый инструмент для рекламной индустрии: вывески и таблички, логотипы и буквы, номерки, бейджи, гардеробные жетоны; подставки под продукцию
4. Производство одежды и аксессуаров. Лазеры позволяют работать с текстилем и кожей.
5. Промышленная маркировка и шильдики. С такой задачей могут справиться волоконные лазеры.
6. Ювелирная продукция.

7. Моделирование и макетирование с помощью вырезанных лазером деталей во многих случаях производится быстрее, чем на 3D - принтерах.
8. Подарочная и брендированная упаковка.
9. Игрушки, головоломки и развивающие игры.
10. Специализированные ниши. Это изготовление печатей и штампов; вырезание трафаретов; вырезание деталей малых беспилотных аппаратов, холдеров для аккумуляторных ячеек, значки и шевроны.

Пример бизнес-плана с лазерным станком

Приведём пример реального производства, где в цехе установлены только лазерные станки с ЧПУ. На старте был приобретён лазерный раскроечный станок с ЧПУ для порезки металла с мощностью лазера 3,5 кВт. Эта мощность позволяла резать чёрный металл толщиной до 12 мм. В цехе была кран-балка для транспортировки тяжёлых листов металла. А для складирования материала на внешнем складе приобретён автопогрузчик.

В начале была проведена рекламная компания по всем предприятиям и мастерским района о возможности выполнения раскроя металла на заказ. В партнёрстве с фирмой по изготовлению заборов было начато производство фигурных ворот и дверей. В свободное от этой работы время производились изделия на продажу через интернет: сборные мангалы с актуальной символикой, туристические принадлежности, крепление флагов на стенки, номера и флюгера для домов частного сектора.

Состав материалов поддерживался в актуальном состоянии. Контролировалось, чтобы в любой момент было по одному листу черного металла толщинами от 0,5 до 6 мм. Это позволяло выполнять заказы «здесь и сейчас». Такой подход стал привлекать частных заказчиков. Они обычно ждали своего заказа не более 20 минут.

Была собрана коллекция файлов готовых изделий: навесы для ворот, перфорации разных видов, уголки для деревянных изделий и т.д. Был нанят на работу инженер, умевший 3D-моделировать для разработки развёрток. Это ещё больше увеличило поток частных заказчиков. Одновременно были освоены резка под газом: сжатым воздухом, кислородом и азотом.

Но основная доля дохода была от малых предприятий, начавших заказывать детали малыми партиями. Аграрные предприятия заказывали запчасти для ремонта и изготовления оборудования. Экспериментальные производства заказывали порезку из нераспространённых материалов. Химические предприятия заказывали партии фланцев и других изделий из специфических сталей. Часть заказов поступала через интернет, но высокая конкуренция в сети не позволяла увеличить долю интернет заказов более чем до 10-15 % .

Дополнительно был взят в аренду раскраивающий плазменный станок со столом 15 метров. Но за неимением заказов на плазменную резку и износ электроники станка от него через полгода отказались. В настоящее время дополнительно приобретён ещё один лазерный станок с таким же столом 4х3м, но с более мощным лазером, позволяющим резать черные металлы толщиной до 16 мм.

В настоящее время предприятие работает малыми партиями и с индивидуальными заказами. Изготовление изделий на продажу почти прекращено из-за загруженности оборудования заказами. В будущем планируется приобрести лазерный станок для порезки труб.

Возможны "подводные камни"

Расчёт стоимости изготовления детали зависит не только от длины реза, но и от плотности расположения деталей на листе, количества отходов и необходимости применения дополнительных промышленных газов. Поэтому почти невозможно производить расчёт цены в автоматическом режиме.

Заготовки-листы, особенно металлические толщиной более 2-3мм, могут иметь вогнутость. Лазерные станки компенсируют неровность поверхности, но не в слишком больших значениях. Вогнутость листов более 40-50мм перед обработкой необходимо исправлять. Соответственно в цехе должно стоять прессовое оборудование. Это может быть самое простое гравитационное оборудование на основе подъёмного крана. Также для гибки можно задействовать кузнечно-прессовое оборудование, которое уже, например, установлено на предприятии.

Даже если вы планируете использовать исключительно файлы заказчика, вам все равно будет необходим инженер-технолог. Именно он принимает файлы от заказчика, определяет возможность обработки деталей вообще, определяется с режимами резания, располагает партии заготовок на листах, следит за соответствием масштабов чертежа и готовой продукции. Для его работы необходимо отделённое от производства помещение, а также программное обеспечение 2D-моделирования. Простейшее программное обеспечение для 2D-моделирования обычно поставляется вместе со станком. Но для действительно оптимального расположения деталей на листе заготовки, широкой базы режимов обработки, возможностью листового 3D-моделирования с последующей развёрткой потребуется дополнительное программное обеспечение.

Техника безопасности при использовании лазерных станков

Так как обработка лазером является по существу термической операцией сгорания материала заготовки, то организация вытяжной вентиляции над зоной обработки является обязательной. Даже маленькие настольные станки для гравировки по дереву выделяют дым, который без вентиляции образующий неприятный запах в помещении.

Лазерный луч относится к 4 классу лазерных продуктов. Запрещено использовать станки лицам не достигшим 18-летнего возраста. На твердотельных лазерах, в которых луч несёт ещё большую опасность, нельзя смотреть на процесс без специальных защитных очков. При постоянном использовании они царапаются и иногда ломаются. Вы должны принять, что защитные очки являются расходным материалом.

Детали, которые только порезаны очень горячие. Их нельзя брать руками без защиты. Предварительно позаботьтесь об оборудовании помещения средствами пожарной защиты, огнетушителями и т.д.

Несколько советов от Abplanalp о бизнесе на лазерном станке

Даже если вы работаете на давальческом сырье, все равно не помешать иметь на складе оперативный запас популярного у вас листового материала.

Просчитайте какой из трех вариантов работы с отходами вам выгоднее:

• накопление и сдача остатков листов без порезки (значительный объем отходов значительно увеличивает количество транспорта, но экономит на порезке);
• порезка остатков ручным инструментом (высокая трудоёмкость);
• порезка остатков на лазерном станке, в идеальном случае сразу после операции, не сбивая базирование (добавляет затраты времени основного оборудования).

Поддерживайте контакты с поставщиками промышленных газов (кислород , азот, аргон), даже если ими в настоящее время не пользуетесь. Заказчики ценят оперативность выполнения их срочных внеплановых заказов.

Если у вас отсутствует оборудование листогибки, то вам нужно иметь контакты тех, кто этим занимается. Очень часто вырезанные на лазере металлические детали нуждаются в гибке.

Тренируйтесь и прорабатывайте новые режимы обработки для нестандартных материалов, например для «трансформаторного» железа, покрытого лаком. Это комбинации газов, их давлений, скоростей обхода контуров, кривые мощности лазера в зависимо от скорости подачи. Эти знания пригодятся для быстрого внедрения обработки новых материалов от заказчика. Так вы можете брать даже те заказы, которые не смогли выполнить конкуренты.

Экспериментальная деталь выполнена в поиске режимов обработки «трансформаторной» стали на лазерном станке. Видны наплывы на кромках из-за малой подачи азота

Используйте интернет-связь между станком и компьютером инженера-технолога. Это значительно ускоряет внедрение производства продукции. Особенно при единичном или уникальном типе серийности производства. А также позволяет удалённую или смешанной формы работы инженера.

Если вы работаете с индивидуальными заказами, то подумайте над сайтом, через который клиенты смогут непосредственно оформлять заказ, включая передачу файлов чертежей.

Научитесь моделировать листовой материал в 3D. Это раскрывает обширные возможности принятия заказов на изделия сложной конфигурации.

Диффузор вентилятора, смоделированный в 3D и вырезанный на лазерном станке всего из двух деталей

Даже отходы могут быть полезны. Очень часто повторяющийся рисунок на остатках листов металла после порезки может нести эстетическое наслаждение.

Сетка поддержки куста, изготовленная из отходов лазерной резки

Использование лазерного станка

Для охлаждения лазеров используйте исключительно дистиллированную воду с возможным добавлением обеззараживающей жидкости.

Рекомендуется ежедневная чистка оптики перед работой. При этом устройство должно находиться в выключенном состоянии. Для операции раскроя исходные элементы оптики должны иногда меняться, поэтому заранее позаботьтесь об их приобретении.

Лазеры высокой мощности нельзя выключать просто обесточиванием оборудования. Следует дождаться завершения работы системы охлаждения. Для такого оборудования отдельно на кулере рекомендуется установка систем бесперебойного питания, обеспечивающая хотя бы 2-5 минут его работы. Соответственно при аварийном обесточивании станок остановится, но лазер перед отключением успеет пройти цикл охлаждения.

Выводы

Лазерный станок – это техника, превращающая креативные идеи в прибыль. Он идеально подходит для малого и среднего бизнеса, позволяя производить уникальные изделия с высокой добавленной стоимостью. Главное – выбрать правильную нишу, оптимизировать затраты и эффективно представить продукцию клиентам. Лазерное оборудование открывает широкие возможности для предпринимателей благодаря своим уникальным характеристикам.