Laserski rezalniki z izjemno visoko močjo. Ali imajo smisel obstoja?

Zdi se, da se pravilo, da se vlakninski laserski rezalniki uporabljajo predvsem za rezanje tankih listov, razblinja.

G4020H fiber laserski rezalnik

Laserski rezalniki z optičnimi vlakni so se v zadnjih 15 letih zelo razširili. Prvim modelom z nekaj kilovati moči so sledile večje različice z močjo do 8-12 kW za hiter razrez debelih listov. V zadnjih letih so na voljo moči do 20 kW in celo več! Na sejmu Blechexpo 2021 so si obiskovalci lahko ogledali tudi 30-kilovatni laserski rezalnik z vlakni, ne le kot prototip, temveč tudi kot razpoložljivo konfiguracijo! Toda ali je takšna raven zmogljivosti res potrebna?

Zareži not!

Lastnosti in debelina materiala: ta dva vidika sta glavna dejavnika, ki določata, kaj je treba rezati z laserjem, plazmo, vodo, plamenom ali škarjami. Slednji je precej preproste zasnove in je zato dober stroj za rezanje ravnih linij, ni pa primeren za rezanje ukrivljenih linij ali debelejših listov. V tem članku smo zato na kratko primerjali plazemski, vodni, plamenski in laserski razrez.

Glede na značilnosti in debelino materialov, ki jih je mogoče rezati, lahko plazma dokaj hitro in kakovostno reže le kovinske materiale, tanke plošče, vendar z nizko natančnostjo. Postavitev plazemskega stroja je razmeroma preprosta, obrabljivi deli so elektroda, šoba in ščitnik. Žarek je razmeroma debel, zato je pri postopku veliko odpadnega materiala in veliko naknadne obdelave (npr. odrezovanje). Obrisi so pogosto pretirani, vogali pa nenatančni in zaobljeni.

G12032F fiber laserski rezalnik

Po drugi strani pa lahko z vodo režete praktično vse, razen keramike, kaljenega stekla ali materialov s podobnimi parametri. Stroj za rezanje z vodnim curkom nima težav z rezanjem večplastnih materialov, vendar je priporočljivo začeti z vrtalnim strojem. Rezanje z vodnim curkom je vsaj tako natančno (do ±25 µ) kot lasersko rezanje, kakovost površine pa je le malo slabša od kakovosti laserskih rezkalnikov. Čeprav so hitrosti rezanja nizke, je mogoče povečati produktivnost s hkratnim rezanjem več zloženih listov. Začetni stroški rezalnika z vodnim curkom so visoki, pozneje pa se pojavijo še stroški, kot so abrazivni material, ki se uporablja za vodni curek, količina vode in stroški zamenjave visokotlačnih delov.

Tudi rezanje konstrukcijskega jekla in nizkolegiranih jekel s plamenskim rezanjem je lahko učinkovito in uspešno. Stroški naložbe in obratovalni stroški plamenskega rezalnika so nižji, vendar je pri njegovi uporabi veliko odpadnega materiala in ni prihranka pri predelavi. Z njim ni mogoče izdelati majhnih lukenj in podrobnih oblik, temveč le grobe, grobe oblike. Postopek je večinoma ročno nadzorovan, zato je njegova produktivnost nizka, kovino pa je treba pred obdelavo segreti.

Laserji se običajno uporabljajo za rezanje neodsevnih kovinskih in nekovinskih materialov z neverjetno hitrostjo za tanke liste. V nekaterih aplikacijah imajo laserski rezalniki na CO2 še vedno smisel obstoja, vendar številni veliki proizvajalci zaradi večje gostote energije in hitrosti, ki so na voljo, zdaj dajejo prednost vlaknenim laserskim virom, tako da sploh ne razvijajo laserskih strojev na CO2. Laserska rezalna glava ni v neposrednem stiku s površino materiala, zato je mogoče hitro in učinkovito doseči odlično kakovost rezanja. Zaradi visokih stroškov naložbe je laserski razrez donosen le za velike proizvodne serije. Izjemno tanek žarek omogoča tudi rezanje drobnih struktur z majhno izgubo materiala in visoko natančnostjo. Pogosto je potrebnih le malo popravkov. Laserski razrez velja za najhitreje rastoči postopek razreza pločevine, v mednarodnem merilu pa se vse bolj uveljavljajo stroji z vlakni z laserskimi viri moči 10 in več kW, ki lahko večkrat povečajo produktivnost v primerjavi s stroji z močjo 3-4 kW.

Fiber laserski rezalniki

Na področju obdelave pločevine je lasersko rezanje in v okviru tega uporaba vlakenskih laserjev še vedno zgodba o uspehu med tehnologijami termičnega ločevanja materialov. To je predvsem posledica njihove univerzalne uporabnosti, visoke prepustnosti za debelino materiala, natančne kakovosti laserskega žarka in odlične optoelektronske učinkovitosti. Slednje je omogočilo, da so vlakneni laserji pred nekaj leti prevzeli vodilno vlogo od prejšnje generacije laserskih rezalnikov CO2. Številna podjetja za obdelavo kovin imajo stroje za lasersko rezanje z optičnimi vlakni, s katerimi je mogoče rezati tanke in debele plošče, cevi ali celo zaporne profile z natančnostjo 0,03 mm in pri visokih hitrostih, odvisno od vrste. Kar zadeva surovine, se uporabljajo predvsem kovine - predvsem ogljikovo jeklo, nerjavno jeklo in aluminij.

G4020V fiber laserski rezalnik

Laser HSG in naše lastne izkušnje so pokazale, da je izredno pomembno, da je v rezalnem stroju kakovosten laserski vir, saj je to najdražji in najpomembnejši glavni del opreme. Namesto kitajskih virov priporočamo laserski vir IPG, ki je absolutno vodilna blagovna znamka na svetovnem trgu. Laserski viri IPG niso na voljo le pri podjetju HSG, temveč tudi pri drugih zaupanja vrednih blagovnih znamkah za laserski razrez z vlakni, ki so znane po vsem svetu.

Ocene moči in uporabnosti

Pri izbiri laserskega rezalnika je ključnega pomena optimalna izbira moči laserskega vira. Tudi če upoštevamo uporabljene materiale in tipične debeline materialov, je priporočljivo izbrati večjo moč, saj se učinkovitost laserskega vira določene moči zmanjšuje z večanjem debeline materiala, pri zgornji meji pa je kakovost rezanega roba že slaba.

Hitrost, ki se doseže z vsako stopnjo moči za različne vrste in debeline materiala (Vir: HSG)

* Z dušikovim pomožnim plinom

Osnovni laserski rezalniki z močjo 1 in 2 kW, običajno z odprtimi ploščatimi podstavki, lahko brez oblikovnih linij režejo ogljikovo jeklo debeline do 10 mm in nerjavno jeklo debeline do približno 4 mm ter še vedno dosegajo dobro kakovost - npr. "brado". Nizkocenovnim strojem sledijo stroji z močjo 3-6 kW, ki lahko režejo debele plošče in so bolj produktivni za tanke plošče. Kategorija 6-12 kW pa ponuja nove funkcije, ki jih je prav tako vredno upoštevati:

Rezanje s stisnjenim zrakom brez industrijskega kisika ali dušikovega plina. Funkcija zračnega rezanja je na voljo za visokozmogljive vlakenske laserske rezalnike, kar zmanjšuje stroške lastništva. Tako ni treba uporabljati znanega doziranja pomožnega plina, s čimer se prihranijo precejšnji stroški. Edini kompromis je temna obarvanost odrezanega roba. Tudi za to funkcijo je potreben kompresor z močjo 30 barov ali več. Druga prednost uporabe stisnjenega zraka je povečanje hitrosti rezanja (5 % povečanje hitrosti za isto surovino v primerjavi s pomožnim plinom iz dušika za stroj enake zmogljivosti).

Rezanje debelih plošč. Visokozmogljivi vlakneni laserji se zdaj uveljavljajo ne le na področju tanke pločevine, temveč tudi v svetu plazemskih rezalnikov, kjer lahko razrežejo material debeline do 30-50 mm. Na sejmu Blechexpo je bil 100 mm debel vzorec iz nerjavnega jekla razrezan s 30 kW vlaknenim laserjem znamke Eagle. Z visokozmogljivimi laserji ni več kompromisov glede debeline materiala, njihova uporaba je varčnejša in hitrejša.

Zaključek

Zato se zdi, da se pravilo, da so laserski rezalniki z vlakni primerni predvsem za produktivno in natančno rezanje tankih listov, razblinja. To še vedno drži, vendar jih je zdaj mogoče uporabljati za širok razpon materialov (kovin) in debelin z odlično optoelektronsko učinkovitostjo in hitrostjo ter z relativno nizkimi stroški. Visokozmogljivi laserski stroji niso ugodni le za rezanje debelih listov, temveč omogočajo tudi znatno povečanje hitrosti pri določeni debelini materiala, visokozmogljivi laserji pa se lahko uporabljajo tudi za rezanje z zrakom, kar zmanjšuje stroške.

Zsombor Szabó, lastnik podjetja Signdepot Europe Ltd., madžarskega distributerja laserja HSG

www.hsglaser.hu

Objavljeno v reviji TechMonitor