Лазерный мир

Marcin Ejma вспоминает, как впервые увидел волоконный лазер. Это было ближе к концу долгой европейской выставки в середине 2000-х годов, когда он и его деловые партнеры сели на скамейку и посмотрели через проход у стенда IPG Photonics.

«Я видел слова перед собой, « волоконный лазер », которые ничего не значили для меня. Но потом я поговорил с ними, и через 10 минут я понял, что это будущее », — вспоминает Marcin Ejma. «Я знал, что если бы волоконный лазер мог резать, это бы решило 70 процентов проблем с техническим обслуживанием, которые у нас были с системами СО2-лазеров»

За годы до той роковой выставки Ejma управлял компанией, занимающейся обслуживанием подержанных станков для лазерной резки. Но увидев волоконный лазер, он полностью изменил курс и в 2008 году открыл Eagle, разработчика и производителя станков для лазерной резки в Польше.

Что делает волоконно-лазерную резку такой интригующей, так это потенциал производительности, связанный с повышением уровня мощности. В конце концов, другие промышленные применения, такие как сварка, используют волоконные лазеры мощностью 100 кВт. Конечно, один чрезвычайно мощный волоконный лазер для резки может заменить несколько CO2-лазеров, верно? Можно представить производителя с несколькими мощными волоконными лазерами с автоматизацией погрузочно-разгрузочных работ. Стол быстрого шаттла загружает и выгружает детали, в то время как нарезанные листы транспортируются в зону, которая питает огромное количество гибочных прессов и других последующих операций.

Это звучит великолепно в теории, но идея имеет две проблемы. Первая включает в себя проектирование автоматизации обработки материалов, чтобы обеспечить быструю загрузку и выгрузку листов. В конце концов, что хорошего в быстром лазерном станке, если система простаивает в ожидании материала? Вторая касается самого лазерного станка, включая конструкцию, технологию привода и, что не менее важно, оптику режущей головки.

Иными словами, волоконный лазер может обеспечить мощность, но машина должна быть спроектирована так, чтобы не отставать от этой мощности. По словам Ejma, именно в этом заключалась идея лазерной резки Eagle iNspire, представленной в прошлом году на выставке EuroBLECH в Ганновере, Германия. Он доступен с мощностью лазера до 15 кВт.

На стенде компании был представлен вырезанный образец из нержавеющей стали толщиной 60 мм. Но, как объяснила Ejma, больший рынок для станка будет для эффективной резки материалов среднего класса, таких как толщина 6 и 12 мм. И, конечно, лазер может очень быстро перемещаться по материалу.

До сих пор, по словам Игла, для того, чтобы реально изменить процесс лазерной резки, к конструкции системы предъявляются некоторые требования.

Разумеется, машина может быть присоединена к погрузочно-разгрузочным системам. Но вне самой машины система также нуждается в  достаточно быстрых сменщиках паллет, чтобы не отставать от лазера. По словам Eagle, устройство автоматической смены паллет с приводом от серводвигателя может переключаться в течение 9 секунд.

Внутри пространства резки системе необходимы приводные двигатели для ускорения головки; система Eagle оснащена линейными двигателями с прямым приводом по осям X, Y и Z и обеспечивает ускорение 6 G.

«Каждый раз, когда вы удваиваете ускорение, время и расстояние, необходимое для того, чтобы набрать скорость, уменьшаются вдвое», — сказал Chip Burnham, соучредитель Maple Valley, расположенной в Вашингтоне Fairmont Machinery, которая начала представлять Eagle в Северной Америке в прошлом году.

Конечно, все это ускорение может создать много вибрации. Чтобы смягчить это, Burnham сказал, что машина построена с характеристиками гашения вибрации. Основание машины изготовлено из полимербетона. «Это тот же материал, который используется в координатно-измерительных машинах».

Все эти G приводят в движение поперечный мост из углеродного волокна. На этом мосту расположена режущая головка, которая, по словам Eagle, рассчитана на мощность 15 кВт. Это относится к легкому весу головки (не имеет смысла проектировать легкий мост, если бы режущая головка тоже не была легкой), а также к устройству головки и ее оптическим характеристикам.

Волоконная лазерная оптика режущей головки чрезвычайно чувствительна, особенно в диапазонах более высокой мощности. Один даже очень крошечный признак загрязнения на оптике режущей головки может вызвать серьезные проблемы при подключении к лазеру сверхвысокой мощности.

Ejma объяснила, что для предотвращения загрязнения внутри головки была разработана режущая головка без движущихся частей внутри. «В то же время мы можем изменить диаметр фокуса и состояние фокуса в головке без этих движущихся частей».

Ejma сказал, что не может раскрыть специфику технологии по конкурентным причинам (конструкция головы запатентована). Хотя любой, кто использует лазер, заметит что-то новое, когда будет заменять  защитное окно головы: оно расположено более чем на 14 дюймов над соплом. Это увеличенное расстояние предназначено для защиты окна от загрязнений, которые могут возникнуть в процессе прошивки и резки, в результате чего оператору не нужно часто менять окно. Фактически, замена этого защитного окна (или защитного стекла) часто создает дополнительные сложности. Как объяснил Ejma, «из нашего анализа мы видим много отказов режущей головки из-за неправильной работы. Оператор, возможно, не обучен, или, возможно, у него плохой день, или, возможно, он просто не может видеть, что он занес загрязнения на внутреннюю часть защитного стекла. А что происходит? Загрязнение не остается на предметном стекле, а всасывается и прилипает к оптическим элементам. «Поскольку в конструкции с режущей головкой нет движущихся частей, это значительно снижает риск. Если оператор делает ошибку и оставляет загрязнение [внутри] предметного стекла, загрязнение остается на предметном стекле ».

Отсутствие движущихся частей , кажется, является распространенным мотивом в мире волоконного лазера. Источник питания волоконного лазера не имеет движущихся частей, и теперь сами режущие головки не нуждаются в движущихся частях. Такой мотив может быть ключевым фактором для масштабирования мощности волоконных лазеров для резки  в стратосферу.

Компания: Fairmont Machinery

Компания: Eagle

Источник: https://www.thefabricator.com/product/lasercutting/technology-spotlight-a-recipe-for-scaling-up-laser-cutting-power