31 март 2025 г. ZHIQING WANG

время чтения: 20'

Сделай сам: Лазерный резак для металлических листов с волокном: Полное руководство по сборке (2025)

Введение

В мире прецизионной металлообработки волоконные лазерные резаки быстро становятся золотым стандартом. Но покупка полноразмерной промышленной машины может легко стоить более 100 000 долларов. Для мастеров, небольших производителей или технически подкованных предпринимателей создание собственного лазерного резака на основе волоконной технологии не только является экономически выгодной альтернативой, но и представляет собой увлекательную инженерную задачу.

В этом всеобъемлющем руководстве мы проведем вас через каждый этап создания полностью функционального DIY волоконного лазерного резака, способного обрабатывать листы нержавеющей стали, углеродной стали и алюминия. От выбора лазерного источника и контроллера до интеграции сервоприводов и систем охлаждения, вы получите план, адаптированный как для начинающих, так и для строителей со средним уровнем подготовки.

Чтобы помочь вам визуализировать процесс, посмотрите отличный DIY Fiber Laser Cutter Series (Episode 1) на YouTube ниже:

Ключевые преимущества создания собственного волоконного лазерного резака

1. Огромная экономия затрат

Коммерческие волоконные лазерные машины часто начинаются с $80,000 и могут превышать $300,000. Подход DIY может снизить эту стоимость на 60–80% в зависимости от вашей конфигурации. Вы имеете полный контроль над тем, куда идут ваши деньги, от лазерной головки до системы управления.

2. Адаптировано под ваше приложение

"Независимо от того, планируете ли вы резать деликатную нержавеющую сталь толщиной 1 мм для ювелирных изделий или вам нужно разрезать стальные пластины толщиной 20 мм, ваше самодельное устройство можно настроить в соответствии с вашими конкретными требованиями к мощности, точности и пространству."

3. Развитие навыков и владение системой

Создание собственного волоконного лазерного резака дает глубокое понимание того, как работает каждая подсистема. Это не только улучшает ваши навыки устранения неполадок, но и дает вам полное право на обновления, обслуживание и настройку программного обеспечения.

4. Расширяемость и модульность

В отличие от готовых систем, самодельная машина по своей сути модульная. Хотите перейти с 1,5 кВт на 3 кВт? Нужно переключиться с ручной на автоматическую фокусировку? Вы можете изменять её по мере роста ваших потребностей.

Основные необходимые компоненты

Полная DIY волоконно-лазерная резка машина состоит из нескольких взаимозависимых систем. Каждая из них должна быть выбрана и интегрирована тщательно, чтобы обеспечить оптимальную производительность и безопасность.

🔧 Обзор основных компонентов

Лазерный источник: Энергетическое ядро — обычно от брендов, таких как Raycus или Max (в диапазоне от 1,5 кВт до 6 кВт)
Лазерная резка: Ручная или автоматическая фокусировка, такая как BT220, BS03K или BLT421
Система управления лазером: Контроллеры, такие как XC3000, FSCUT2000E или XC6000
Сервоприводы и двигатели: Для движения по осям X, Y, Z — обычно 750 Вт для X/Y, 400 Вт с тормозом для Z
Охладитель: Рекомендуемый бренд S&A для теплового управления
Электрический шкаф: Предварительно подключен с автоматами, реле и интерфейсными платами
Слайд-стол по оси Z: Для регулировки высоты реза
Система вспомогательного газового контроля: Для доставки кислорода, азота и воздуха

Чтобы увидеть все компоненты, визуально объясненные, посмотрите этот невероятно подробный разбор в следующем видео:

✅ Необязательно, но рекомендуется:

Стабилизатор напряжения (защищает чувствительную лазерную электронику)
Воздушный компрессор (1,3 м³/мин при 1,55 МПа) или баллон с азотом/кислородом
Защитные расходные материалы: защитные линзы, насадки, керамические кольца, уплотнительные кольца, кабели датчиков и салфетки для линз для регулярного обслуживания.

Выбор правильной лазерной головки для резки

Режущая головка — это место, где сосредоточена и передается вся мощность лазера на металлический лист. Выбор правильной головки влияет не только на скорость резки и качество кромки, но и на то, насколько плавно вы можете регулировать фокус для различных материалов.

Ручные фокусировочные головки

BT220: Бюджетный, простой в использовании, требует ручной регулировки высоты
Лучше всего для: 1.5 кВт системы и проекты на уровне хобби

Головки с автоматической фокусировкой

BS03K / BM110: Среднеценовые авто-головы для установок мощностью 3 кВт
BLT310 / BLT421: Высококачественные головки с быстрой отслеживанием и защитой от перегрева для 6kW+

Коэффициенты коллимирования-фокуса

Соотношение между коллимирующей линзой и фокусирующей линзой влияет на размер луча и плотность мощности:

📌 3000W: F100-125 или F100-150
📌 6000W: F100-150 или F100-200

Более высокие коэффициенты фокусировки обеспечивают лучшую проникающую способность и качество краев на толстых материалах, но требуют лучшего выравнивания и чистоты оптики.

Расходные материалы для соответствия

Защитная линза (внутренняя и внешняя)
Сопла (одинарные, двойные, тройные)
Керамические кольца и сенсорные кабели

---

Опции программного обеспечения для управления лазером

Мозг вашего лазерного резака — это управляющее программное обеспечение. Оно отвечает за выполнение G-кода, управление мощностью, настройку фокуса и многое другое. Ваш выбор должен соответствовать мощности и сложности вашей машины.

Серия XC (Raytools)

XC3000S: Лучший для плоских листовых машин мощностью 1.5–3 кВт
XC3000Plus: Оптимизирован для плоских резаков мощностью 6 кВт
XC6000: Поддерживает 12 кВт и выше
AX3000T: Комбинированный контроллер машины (лист + труба)

Серия FSCUT (Friendess)

FSCUT2000E: Мощный и экономически эффективный для 1.5–3kW
FSCUT4000E: Улучшенный интерфейс и точность для 6 кВт
FSCUT8000E: Разработан для систем мощностью 12–30 кВт
FSCUT3000DE-M: Поддержка листов и труб

💬 Оба системы поддерживают программное обеспечение для вложения, обнаружение краев и управление задержкой пробивки. FSCUT, как правило, предлагает больше функций, в то время как XC проще и более интуитивно понятен для новичков.

📌 В последующих разделах мы подробно рассмотрим, как установить, настроить и оптимизировать эти системы для реальных задач по резке металла.

Холодильные и охладительные системы

Эффективное охлаждение имеет решающее значение в любом лазерном резальном станке с волокном. Лазерный источник и резательная головка генерируют значительное количество тепла во время работы, и неправильное охлаждение может привести к снижению производительности или даже к постоянному повреждению. Вот почему выбор и интеграция правильной системы чиллеров являются необходимыми.

Рекомендуемый охладитель: серия S&A

Бренд S&A (также известный как Teyu) широко используется в индустрии волоконных лазеров благодаря своей надежности и точному контролю температуры. В зависимости от мощности вашего лазера вам нужно выбрать модель с соответствующей мощностью охлаждения.

1.5кВт – 3кВт Системы: S&A CWFL-1500 или CWFL-3000
6кВт системы: S&A Dual Circuit CWFL-6000 или выше

Советы по настройке охладителя

Убедитесь, что холодильник установлен на ровной, безвибрационной поверхности.
Используйте деионизированную или дистиллированную воду, чтобы предотвратить образование накипи.
Надежно соедините входные и выходные шланги, используя тефлоновую ленту и зажимы.
Установите диапазон температуры между 23°C и 26°C для оптимальной работы.
Регулярно чистите фильтры и проверяйте уровень воды

💡 Совет: Всегда подбирайте модель охладителя в соответствии с номинальным значением теплоотведения лазера (например, 1,5 кВт лазер = примерно 4,500 BTU/ч).

---

Создание системы слайд-стола по оси Z

Система Z-оси контролирует вертикальное движение вашего лазерного головки и обеспечивает постоянную высоту фокуса во время резки. В отличие от осей X и Y, которые управляют движением материала или портала, Z-ось должна динамически реагировать на изменения поверхности для чистых и точных резов.

Ключевые компоненты

Слайд-стол по оси Z: Прецизионная направляющая с низким зазором
Мотор + Привод: 400W сервомотор с тормозом
Интерфейс контроллера: Подключен к программному обеспечению XC или FSCUT через следующую систему

Руководство по сборке

Закрепите слайд-стол на Z-плите вашего портала или тележки.
Установите лазерную головку с помощью жесткого кронштейна и демпферов вибрации.
Убедитесь, что мотор правильно настроен на крутящий момент и точность возвращения в нулевую позицию.
Используйте экранированные кабели, чтобы предотвратить ЭМИ от высокочастотных компонентов.

💬 Плавное движение по оси Z имеет решающее значение для пробивания толстых материалов или поддержания идеальной ширины реза на неровных листах. Плохая установка может привести к непостоянному фокусу и обгоранию краев.

---

Проектирование вспомогательной системы управления газом

Резка волоконным лазером сильно зависит от вспомогательных газов, которые выдувают расплавленный металл из пропила, предотвращают окисление и улучшают качество кромки. Хорошо спроектированная система управления газом позволяет переключаться между кислородом, азотом или воздухом в зависимости от типа материала и требований к качеству реза.

Общие типы газов и их функции

Кислород: Используется для углеродной стали; способствует окислению для более быстрого резания
Азот: Используется для нержавеющей стали и алюминия; обеспечивает чистые, свободные от окисления края
Сжатый воздух: Бюджетный вариант для легкого алюминия и мягкой стали

Компоненты газовой системы (на основе контрольного списка Sky Fire)

Пропорциональный клапан низкого давления: SMC ITV2050-312L
Соленоидные клапаны: VX220LA (Кислород), VX232RAXH (Азот)
Обратные клапаны: Для защиты от обратного потока газа
Воздушные трубки: Высокое давление (соединения M10)
Соединители: углы SMC, тройники, прямые соединения и быстросъемные соединения

Настройки давления газа

Азот: 1.2 – 2.0 МПа
Кислород: 0.6 – 0.8 МПа (из-за пределов давления клапана SMC)
Сжатый воздух: 1.3 Нм³/мин при 1.55 МПа

💡 Вы можете скачать PDF-список для системы управления газом своими руками из официального руководства Sky Fire Laser. Рассмотрите возможность установки всех клапанов на задней панели для удобного доступа и обслуживания.

Сервопаки и системы движения

Система движения волоконного лазерного резака определяет скорость, точность и последовательность ваших резов. Она включает в себя моторы, приводы и системы передачи, ответственные за движения по осям X, Y и Z. Для надежной сборки своими руками предпочтительнее использовать сервомоторы, чем шаговые моторы, из-за их точности и возможности обратной связи.

Надежные бренды

Yaskawa: Высокая производительность, лучшее для промышленных установок
Inovance: Средний уровень, широко используется в профессиональных DIY проектах
Leadshine: Бюджетный, подходит для систем мощностью 1.5–3 кВт

Ключевые соображения

Используйте соответствующие пары моторов и драйверов, чтобы избежать проблем с настройкой.
Выбирайте моторы с тормозами для безопасности вертикальной (Z) оси
Установите ограничительные выключатели и датчики возвращения для калибровки
Используйте экранированные кабели для снижения ЭМИ от лазерных импульсов.

🛠️ Точная работа — это то, что отделяет чистый рез от катастрофы. Не экономьте на своей сервосистеме — это окупается с каждым проходом.

---

Настройка электрической системы

Правильная электрическая интеграция обеспечивает гармоничную работу всех ваших лазерных, движущихся и вспомогательных систем. Это также напрямую влияет на безопасность, эффективность и время безотказной работы машины. Вы можете либо провести проводку с нуля, либо использовать предварительно собранные платы и электрические комплекты, чтобы упростить процесс.

Основные электрические компоненты

Главный выключатель и предохранители: Для защиты от перенапряжений
Реле и контакторы: Для управления двигателем и лазером
Распределительный щит: Организует высоковольтные и низковольтные линии
Контроллерная интерфейсная плата: Для интеграции XC/FSCUT
Сигнальные терминалы: Для аварийной остановки, предельных переключателей, датчиков потока воды

Предварительно проводимые электрические шкафы

Некоторые продавцы DIY, включая Sky Fire Laser, предлагают готовые электрические платы, предварительно проводимые и помеченные для удобства установки. Это может значительно сократить время сборки и уменьшить количество ошибок в проводке.

Совместимость контроллеров

Импульсные системы: Более простая проводка, более низкая стоимость
Шинная связь: Быстрее, более масштабируемая, рекомендуется для 3 кВт и выше

Основы безопасности

Заземлите все оборудование, чтобы предотвратить ЭМИ и опасности поражения электрическим током.
Используйте кнопки экстренной остановки, подключенные напрямую к силовым реле.
Установите сигналы тревоги о превышении температуры и потоке воды

⚠️ Всегда консультируйтесь с электриком или техническим руководством при проектировании или модификации высоковольтных систем.

---

Воздушный компрессор или баллонный газ?

Ваш выбор метода доставки газа зависит от ожиданий по качеству резки, эксплуатационных затрат и удобства. Как воздушные компрессоры, так и баллонный газ подходят для самостоятельной настройки волоконного лазера.

🌀 Использование воздушного компрессора

Рекомендуемые характеристики для машин мощностью 1,5 кВт–6 кВт:

Объем вытяжки: 1.3 Нм³/мин
Давление на выходе: 1.55 МПа
Воздушная труба: 10 мм OD, 8 мм ID, рассчитана на 2,0 МПа

✔️ Плюсы: Долгосрочная экономия затрат, стабильное снабжение

❌ Недостатки: Требует места, контроля шума и обслуживания воздушного сушителя

🧪 Использование баллонного газа

Азот: 1.2–2.0 МПа для чистых, безокислительных резов по нержавеющей стали и алюминию
Кислород: 0.6–0.8 МПа для углеродной стали (ограничено спецификациями пропорционального клапана SMC)

✔️ Плюсы: Легкая настройка, компактный, не требует обслуживания

❌ Недостатки: Более высокая текущая стоимость, ограниченное количество на бутылку

📌 Выберите воздушный компрессор, если вы часто выполняете резку, или используйте баллонный газ для редких и высокоточных работ. В любом случае убедитесь, что ваша система управления газом (см. предыдущий раздел) совместима с давлением и фитингами.

Стабилизатор напряжения: почему он вам нужен

В любой установке для лазерной резки на основе волоконного лазера стабильность мощности является тихим героем. Стабилизатор напряжения обеспечивает постоянную подачу напряжения к вашему лазерному источнику, моторам и контроллерам, предотвращая повреждения, вызванные электрическими колебаниями, особенно в районах с нестабильным сетевым питанием или промышленными помехами.

Почему это важно

Защита лазерного источника: Всплески напряжения могут повредить дорогие диоды или дестабилизировать луч
Улучшает качество реза: Постоянная мощность приводит к равномерному качеству кромки и меньшему количеству дефектов
Предотвращает сбой системы: Падения напряжения могут вызвать аварийные отключения или ошибки драйвера
Увеличивает срок службы компонентов: Снижает износ силовой электроники и чувствительных управляющих плат.

Чек-лист расходных материалов для лазеров (ежегодный)

Точно так же, как автомобилю нужно масло и фильтры, вашему волоконному лазерному станку периодически требуется замена расходных частей, чтобы оставаться в отличном состоянии. Это недорогие элементы, которые обеспечивают четкость луча, точность фокуса и обратную связь датчиков.

Как проверить совместимость обновления вашей системы

Если вы обновляете существующую машину или модифицируете предыдущую сборку, крайне важно обеспечить совместимость между устаревшими компонентами и новыми. Несоответствия могут привести к ошибкам связи, плохой производительности или полной неисправности системы.

1. Шина против Пульсовой связи

Системы Pulse: Проще в подключении, поддерживаются базовыми головками и контроллерами
Автобусные системы: Более быстрые, более стабильные, необходимые для продвинутых автофокусирующих голов.

🔍 Совет: Контроллер XC3000S поддерживает оба типа — идеально подходит для гибридных или модернизированных установок.

2. Проверка типа двигателя

Сервомоторы: Необходимы для точного, высокоскоростного движения
Шаговые двигатели: Только бюджетные сборки — менее точные и медленные

Если ваша существующая система использует шаговые двигатели и вы планируете перейти на автофокусировку и более высокую скорость, переход на сервоприводы является необходимым.

3. Мощность источника питания

Убедитесь, что ваш вход питания, стабилизатор и распределительные щиты могут справиться с мощностью нового лазерного источника или контроллера.
Установите защиту от перенапряжений, чтобы предотвратить повреждения во время включения питания или отключений.

4. Совместимость рамы и механики

Если вы модернизируете старый CO₂ лазерная машина или самодельный ганtry, проверьте:

Правильный зазор по оси Z для новой режущей головки
Прочные монтажные точки для сервомоторов
Линейное выравнивание рельса и допуск

✅ Проверяя эти факторы перед покупкой, вы обеспечите более плавный, безопасный и успешный процесс обновления.

Опции сборки и технической поддержки

Даже с лучшими компонентами в руках, сборка лазерного резака на основе волоконной оптики своими руками может быть подавляющей — особенно для тех, кто делает это впервые. К счастью, существует несколько вариантов поддержки, которые помогут вам завершить сборку уверенно и эффективно.

1. Бесплатная документация + Ограниченная онлайн-поддержка

Поставщики, такие как Sky Fire Laser, предоставляют подробные руководства по установке, схемы подключения и руководства по совместимости. Большинство из них предлагают:

📄 Настройка на основе PDF
📞 3 рабочих дня бесплатной онлайн-поддержки через чат или видео
💡 Часто задаваемые вопросы и предварительно записанные учебные пособия

2. Платное руководство по сборке

Если вы собираете машину с их компонентами, многие поставщики предлагают удаленное руководство в реальном времени (Zoom/WeChat/Skype):

Пошаговые живые демонстрации
Помощь с проводкой системы и установкой программного обеспечения
Доступно в рабочие часы (например, с 8:00 до 22:00 по пекинскому времени)

3. Поддержка удаленной отладки

После механической сборки вам может понадобиться помощь с:

🎯 Настройка сервоприводов
🛠️ Настройка параметров резки в программном обеспечении XC/FSCUT
🔍 Устранение ошибок давления газа или сигнала

📺 Если вы собираете свою машину с нуля, рассмотрите возможность просмотра этой серии DIY по резке волоконным лазером (Эп. 1) в качестве справки по структуре сборки и срокам:

---

Заключительные мысли и советы экспертов

Создание собственного волоконного лазерного резака — это серьезный инженерный проект, но с правильными деталями, планированием и настойчивостью это абсолютно достижимо. Вот несколько экспертных советов, которые помогут вам добиться успеха:

🧠 Советы профессионалов

Пометьте всё: Кабели, клеммы, шланги — избегайте путаницы во время устранения неполадок
Используйте модульные панели: Установите газовые клапаны, драйверы и контроллеры на съемные задние панели
Защитите все сигналы: Используйте витую пару и экранированные кабели для датчиков и моторов
Сухой и чистый воздух: Влага или масло в вашем воздушном источнике = мгновенное повреждение оптики
Ведение журналов: Документируйте параметры резки, обновления и значения калибровки

Распространенные ошибки, которых следует избегать

Пропуск качества стабилизатора или охладителя
Несоответствие в коммуникации между контроллером и режущей головкой (шина против импульса)
Недостаточно мощные двигатели для веса портала
Игнорирование электрической безопасности и экранирования ЭМИ

---

Заключение

Сделанная своими руками волоконно-лазерная резка дает вам промышленную мощность за небольшую часть стоимости. Независимо от того, являетесь ли вы малым бизнесом, продвинутым мастером или энтузиастом автоматизации, этот проект предоставляет вам глубокий контроль над производительностью, возможностью расширения и экономией.

От лазерного источника до сервоприводов, от газовой системы до программного обеспечения, каждый компонент играет жизненно важную роль. С правильным планированием и помощью от поддержки сообщества или поставщиков, таких как Sky Fire Laser, ваша сборка может соответствовать или превосходить многие коммерческие системы.

По мере того как вы продолжаете это путешествие, помните: это не просто сборка — это практическое образование в области лазерной точности, управления движением и мехатронного мастерства. 🔧🔬💡

---

Часто задаваемые вопросы: Своими руками волоконный лазерный резак

1. Сколько стоит построить лазерный резак на основе волоконной технологии своими руками?

От $6,000 до $25,000 в зависимости от мощности лазера (1.5kW–6kW) и уровня автоматизации. Все еще значительно дешевле, чем коммерческие системы.

2. Какие материалы я могу резать?

С правильной настройкой: нержавеющая сталь, углеродная сталь, алюминий, латунь, титан. Качество реза зависит от типа газа, сопла и фокуса луча.

3. Сколько времени занимает сборка?

Большинство сборок занимает 3–6 недель, включая поиск деталей, сборку, проводку и тестирование.

4. Могу ли я позже перейти на более мощную или автофокусную головку?

Да. Большинство самодельных сборок модульные. Просто убедитесь, что ваша рама, контроллер и электропитание могут справиться с обновлением.

5. Безопасно ли это использовать?

Да, с правильным заземлением, защитным кожухом, аварийными остановками и лазерными защитными очками. Никогда не работайте без понимания процедур безопасности для классов лазеров.

Язык

Страна/регион