Лазерный мир

В промышленной лазерной резке существуют две основные технологии: волокно и CO2. Правильный выбор необходим для высокоскоростной и высокопроизводительной работы, но выбор более сложный, чем кажется. Для промежуточных толщин обычных черных металлов часто нет четкого победителя между ними, или для технологии плазменной резки или  резки водной струей.

Как они работают

CO2-лазеры

«Усиливающая среда», необходимая для работы лазера, может быть твердой, жидкой или газовой и является основным определяющим фактором частоты лазерного излучения. Углекислые лазеры имеют два уникальных свойства, которые делают их идеальными для промышленной резки: первая — это длина волны света, излучающая на 10,6 мкм,  инфракрасного диапазона, идеальная для нагрева. Второе полезное свойство — высокая эффективность, более 30%, исключительная для газовых лазеров. Комбинация обеспечивает высокую мощность и хорошую эффективность нагрева.

Резонаторы размещены в автономном шкафу с оборудованием для обработки попутного газа, оптического накачки и охлаждения, передавая лазерный луч через линзы и зеркала для подачи энергии в одно место для чистой резки или сварки. Как правило, подвижная таблица переводится по двум осям под балкой, определяя разрез или сварку в материале. Металлы являются идеальными кандидатами для обработки CO2-лазером из-за скорости и быстрых, чистых, почти без шлаковых разрезов в тонких материалах. Мощность 6 кВт возможна с использованием технологии CO2, хотя мощность не является единственным важным соображением при лазерной резке.

Волоконные лазеры

Эффективность хороша, но энергия, не создающая когерентного лазерного излучения, должна рассеиваться с помощью системы охлаждения, устанавливая практический предел количества энергии, которую могут использовать коммерческие резательные или  сварочные устройства. Волоконные лазеры используют оптические волокна, «накачиваемые» диодами для создания твердотельных лазерных станков с гораздо меньшим количеством компонентов и без расходных материалов, снижая эксплуатационные расходы. Они также преобразуют энергию накачки в лазерный луч с удвоенной эффективностью газовых лазеров и обычно используют половину мощности. Длина волны света, излучаемого волоконными лазерами, также короче, чем CO2, обычно 1 мкм, с очень небольшим фокусным диаметром, что обеспечивает высокую интенсивность нагрева, которая может быть на порядок выше, чем для технологии CO2 при одинаковых уровнях мощности. Они также могут вырезать высокоотражающие материалы, такие как латунь или алюминий, что может повредить оптику в машине с CO2.

Что лучше?

С точки зрения эффективности и простоты волокно кажется явным победителем, но для толстолистовой стальной плиты (обычно 8-12 мм) мощность и скорость CO2 все еще впереди, хотя волоконные лазеры приближаются к паритету по качеству и скорости резки. Из-за различий в длине волны и пути прохождения лучей между двумя типами мощность не является точной мерой относительной производительности. Волоконный лазер мощностью 2 кВт может превосходить 3-киловаттный блок CO2 в тонкой листовой стали, а, например,  на ½-дюймовой  толщины пластине, CO2 может быть сравнен только с плазменной или водоструйной технологией. Однако технология волоконного лазера является масштабируемой, а уровни мощности достигают паритета производительности с CO2 во всех, кроме самых требовательных приложений. Сталь по-прежнему является наиболее распространенным материалом и разрезает наиболее используемый лазерный процесс, но даже с помощью этого хорошо понятого материала сокращение себестоимости затрат может быть сложным.

Другие технологии резки, конкурирующие с лазерами, включают пламенную резку,  и гидроабразивную технологию. Каждая из них имеет преимущества для конкретных приложений. Для типичной среды для производства мягкой стали плазму часто сравнивают с лазерами. Более тонкие секции (около 3/6 дюймов) режутся быстрее с помощью лазеров, но по мере увеличения толщины пластины плазма сравнивается, а затем превышают скорость лазера. Эксплуатационные затраты на CO2-лазеры также выше, хотя волоконная технология быстро расширяется до более толстых материалов. Однако, когда лазерный луч светит, точность режущей части в основном обусловлена очень небольшой шириной реза и зоной термического воздействия. В терминах точности лазеры могут достигать уровней .005 — .010 дюймов, в то время как плазма обычно в два-три раза превышает этот показатель.

Вспомогательный газ является важным фактором как для скорости, так и для стоимости. Инертные газы, такие как азот или воздух, используются главным образом для выдувания расплавленного материала из разреза, но кислород является основным фактором процесса резания, сжигания материала, а также прочистки реза. Резка с помощью кислорода ускоряется для обоих процессов, но затраты отличаются  для скоростных режимов и режимов резки толстых пластин. Также отличается  скорость резания между CO2 и волоконно-лазерным оборудованием, что может привести к тому, что добавленная стоимость волоконной машины не станет  стартером для резки толстых материалов. Азот может представлять собой аналогичную проблему, когда очень тонкий рез для волокна требует больше газа для продувки разреза. Этот большой расход на производство большего объема и иллюстрирует, почему важно выбирать на основе конкретных приложений, а не на рекламируемых спецификациях машины. Волоконные лазеры потребляют меньше энергии, чем  CO2, хотя большинство операторов в Северной Америке имеют более низкие коэффициенты, достаточно низкие, чтобы сделать производительность более важным фактором в выборе машины. В Европе и Азии энергопотребление часто более важно по причинам стоимости и нагрузки.

Какой лучший вариант? Для тонкого листа волоконный лазер является доминирующей технологией для высокоскоростной резки, тогда как в более толстых резах CO2 по-прежнему предпочтительнее для работы с высоким разрешением и с хорошей скоростью резания. Если точность не так критична, плазма является жизнеспособным вариантом для толстых деталей, но по мере того, как волоконные лазеры растут в возможностях, ищите крупных производителей заказов по резке , чтобы сделать переключение.

Ниже приведены некоторые предложения по волокнам и CO2 от крупных поставщиков лазеров:

            Trumpf

TruLaser 1030 — это решение начального уровня с ключевыми преимуществами. В дополнение к обычным материалам, таким как сталь, нержавеющая сталь и алюминий, цветные металлы могут быть надежно и экономично обработаны. Энергоэффективный твердотельный лазер TruDisk предлагает удобный вход в лазерную сварку.

            Mazak Optonics

Новая система OPTIPLEX NEXUS 3015 для лазерной резки Mazda Optonics разработана для удовлетворения потребностей в лазерах, которые обеспечивают значительные эксплуатационные характеристики при экономичных первоначальных инвестициях. Он доступен в виде одного фиксированного стола, ручного стола или автоматических конфигураций с двумя поддонами, которые являются модульными и могут быть модернизированы в будущем. Система интегрирует интеллектуальные функции настройки и мониторинга, включая автоматическое сопловое изменение, автоматическую очистку сопел, автоматическую калибровку, обнаружение фокуса, автоматическое позиционирование фокуса, обнаружение прошивки, обнаружение разгара кромок и обнаружение плазмы. Эти функции могут значительно упростить работу и уменьшить зависимость от оператора.

            Amada

Amad’s 2kW LCG AJ был разработан с использованием технологии волоконной лазерной марки Amada. Эта технология помогает достичь расширения технологического диапазона (P.R.E., Process Range Expansion) благодаря способности обрабатывать латунные, медные и титановые материалы, которые трудно обрабатывать с помощью CO2-лазера. Благодаря инновационной системе движения и расширенному структурному дизайну LCG AJ представляет собой оптимальный баланс скорости резания, ускорения позиционирования и общей точности.

           Bystronic

Bystronic добавила 6 кВт лазерный источник для своих 3015 и 4020 машинных форматов. Более высокая мощность значительно увеличивает скорость резания BySprint Fiber в тонкой и средней толщине листового металла. Например, 6-кВт волоконный лазер разрезает 1/8 дюймовую нержавеющую сталь на 70% быстрее, чем 4-вольтовый волоконный лазер. Его преимущество в скорости еще более выражено по сравнению с разрезанием того же материала с источником энергии CO2 мощностью 6 кВт, где 6-кВт волоконный лазер в три раза быстрее. В зависимости от типа материала и толщины листа, выпуск деталей может быть увеличен до 400 процентов. Bystronic оснастил 6 кВт версию BySprint Fiber with Cut Control для контроля процесса резания. Когда происходит непрорез, Cut Control автоматически останавливает лазер, и разрез повторяется. Это уменьшает риск возникновения ошибок. Управление вырезом доступно в качестве опции для 2 кВт, 3 кВт и 4 кВт системы BySprint Fiber.

            LVD Strippit

Для начального уровня, производственная  единица  общих применений лазерной резки система лазерной резки лазера LVD Strippit Orion 3015 Plus является эффективной и доступной. Быстрая настройка и автоматические функции делают обработку быстрой и обеспечивают высокую производительность. Встроенный пакет лазерной резки и управления обеспечивает точность и надежность. Orion 3015 Plus имеет встроенный блок управления LVD-Fanuc, лазерный источник и моторный привод для высокой скорости обработки и высокой надежности. Прочная конструкция может вырезать до 3 / 4˝ (20 мм) мягкой стали, 1 / 2˝ (12 мм) из нержавеющей стали и алюминия 3 / 8˝ (10 мм).

            Salvagnini

Внутри волоконного лазера Salvagnini L3 источник волокон в сочетании с оптической цепью Salvagnini (транспортное волокно и запатентованная фокусирующая головка) работают вместе для создания лазерного луча, характеризующегося высокой плотностью мощности. Это приводит к высокоскоростной резке (более 60 м / мин) на средних и тонких материалах, не жертвуя высоким качеством при резке более толстых материалов. L3 отличается низкими эксплуатационными расходами благодаря высокопроизводительному источнику и чиллеру, устранению оптического пути и лазерного газа, а также возможность резки сжатым воздухом.

Источник:

http://www.engineering.com/AdvancedManufacturing/ArticleID/9469/Laser-Cutting-with-Fiber-Versus-COsub2subWhich-is-Better.aspx

Ранее по теме:

• Универсальная система лазерной обработки материалов электронной техники МикроСЕТ + видео
• Новые отечественные технологии обработки материалов электронной техники + видео
• Лазерные станки. Успешное внедрение в технологический процесс
• Разработка лазерных технологических операций для изготовления медицинских стентов на установке прецизионной лазерной резки RX-50 + видео