ファイバーレーザー切断技術

ファイバーレーザー切断は、2 年代に CO1980 レーザーが最初に切断用に導入されて以来、金属加工市場に導入された最も「破壊的な」技術の 4 つです。 ファイバーレーザー技術は、板金加工の現状全体に影響を与えたため、破壊的で「革命的な」変化と見なされています。 そして、チャンスは簡単に実現できます。 比較的短期間で、フラット シート メタルの切断に使用されるファイバー レーザー技術が飛躍的に進歩しました。 わずか 2 年で、ファイバー レーザーは、CO15 レーザーが到達するのに約 20 倍の時間を要した XNUMXkW の切断限界を達成しました。 XNUMX 年後、ファイバー レーザーは切断用の XNUMXkW の出力レベルを達成しました。 公平を期すために、ファイバー レーザー (XNUMXkW を超えるものもある) は、板金切断以外のアプリケーションで、他の業界で長年使用されてきました。

ファイバーレーザー切断技術の利点

ファイバー レーザー技術を使用してフラット シート メタルを切断する主な利点は、モノリシック、ファイバー ツー ファイバー、コンパクトなソリッド ステート設計構成に由来します。これは、メンテナンス フリーであり、同等の CO2 レーザーで達成できるよりも低い運用コストを提供します。 ファイバー レーザー ビームの特性は、以下で説明するように、CO2 よりもはるかに速い切断速度も提供します。 2kW ファイバーレーザーの集束ビームでも、5kW CO4 レーザーと比較すると、焦点で 2 倍のパワー密度を示します。 また、ファイバーレーザーの波長が短いため、2.5 倍の吸収特性を備えています。 (図 1 および図 2 を参照)。 ファイバー波長のより高い吸収と集束ビームによって生成されるより高い出力密度が組み合わさり、厚さ 1/2 インチ未満の材料の切断速度が最大 1 倍向上します。 ファイバー レーザー切断システムは、より高いファイバー レーザー出力で 2 インチ以上の厚さを確実に切断でき、アシスト ガスとして窒素を利用するとより高速に切断することさえできますが、最も重要な利点が実現される「スイート スポット」は 2/XNUMX インチおよびCOXNUMX システムと比較すると、スチールの範囲を下回っています。 確かに、ステンレス、アルミニウム、真ちゅう、または銅の材料を加工する場合、厚さに関係なく、ファイバー レーザー技術が最も高速で最も経済的です。

図 1. 焦点における CO2 レーザーとファイバー レーザーの出力密度の比較。 図 2. 波長と厚さに基づく CO2 レーザーとファイバー レーザーの吸収の比較。

速度の利点は、窒素をアシスト ガスとして使用した場合に最も大きくなります。これは、溶融材料が溶融と同じ速さで窒素によってカーフから排出されるためです。 レーザービームの出力密度が高いほど、材料が溶融状態になるまでの時間が短くなり、送り速度も速くなります。

高出力ファイバーレーザーの速度の利点を効果的に利用するには、すべてのプロセスを慎重に計画および管理する必要があります。 スループットが 2 ～ XNUMX 倍高く、運用コストが COXNUMX レーザーの半分であるため、経済的な利益はゲームを変える可能性があります。 その結果、部品あたりのコストが低くなり、潜在的な利益率が高くなり、投資期間が短縮されます。 通常の部品ボリュームをはるかに高速に処理できるようになり、追加の作業を引き受けて販売収益と利益をさらに増加させる機会が提供されるようになったので、機械の処理能力が向上するという追加の利点を忘れないでください。

ファイバーは、ビームが吸収されやすく反射しないため、CO2 よりも銅、真鍮、アルミニウムをはるかに安全に切断できます。 ファイバー レーザーの運用コストは、通常、ファイバー レーザーの電力消費量が少なく電力効率が高いため、CO2 システムが提供できるコストの半分です。

ファイバー レーザー切断における最新の進歩の XNUMX つは、酸素による厚板切断のビーム プロファイルを変更する「ビーム シェーピング」技術の追加です。 ファイバー レーザーは光ファイバーを介して供給されるため、ビーム プロファイルは本質的に小さく、材料を通して焦点を合わせたときに狭いチャネルが作成されます。 これは、アシスト ガスとして窒素を使用した切断では出力密度に有利ですが、酸素アシスト切断の場合はそうではありません。 酸素で切断する場合、溶鋼を排出するための材料内に幅広のチャネルが作成されるため、出力密度が低く幅広のビーム プロファイルが推奨されます。 幅広のビーム プロファイルにより、切断速度が速くなり、厚い鋼の切断面の品質が向上します。 ビーム シェイパー テクノロジーは、この向上した性能を実現するために必要な、より広いビーム プロファイルを実現します。

厚さ 1.250 インチのスチール サンプルを 25 kW ファイバー レーザーで毎分 15 インチで切断。

CO2 レーザー カッターの操作には、ファイバー レーザー カッターの操作には存在しない多くの側面があります。 ファイバー レーザー カッターはウォームアップ時間を必要としません。通常、CO5 レーザーの場合、起動ごとに約 2 分かかります。 ファイバーレーザーカッターには、ミラーやレンズのクリーニング、ベローズチェック、ビームアライメントなどのビーム経路のメンテナンスはありません。 これにより、CO10 レーザーの場合、2 週間にさらに 4 ～ 5 時間かかる可能性があります。 ファイバー レーザーには、電源と切断ヘッドへのファイバー供給の両方で、完全に密閉された光ファイバー ビーム経路があります。 ビームは、CO2 レーザーの場合のようにビーム経路が汚染されることはありません。 光ファイバーのビーム経路により、一貫したノズル ビームのセンタリングが維持されます。 ファイバー ビームの完全性は日々一定であるため、切断パラメーターも同様であり、CO2 レーザーよりもはるかに少ない調整で済みます。

この節約された時間はどうなりますか？ 生産性アップ＆機械能力アップ！ ファイバーレーザーは切断速度が 50 倍速く、単位時間あたり 2 ～ 2 倍多くの部品を生成でき、CO2 と比較して XNUMX% 少ない運用コストと相まって、より多くの機械能力を生み出したことに基づく大きな機会を表しています。 最終的な結論がどうであれ、この投資がダウンストリーム プロセスに与える影響を忘れないでください。この新しいレーザー切断システムを追加すると、部品の切断前後の作業の流れにどのような影響があるでしょうか? フロントエンド オフィス システムがファイバー レーザーの生産性に追いつく必要があることを事前に知って準備することは、製造業者が仕事を待つのではなく、ファイバー レーザー切断を維持するためにフロントエンド プロセスを調整するのに役立ちます。 材料をタイムリーにファイバーレーザーに提示する必要があることを知ることで、材料の取り扱いと在庫の効率が向上します。 切断された部品の体積を増やすには、追加の曲げ加工能力で対応する必要があることを知っておくと、体積の増加に合わせて曲げ領域を準備するのに役立ちます。 COXNUMX レーザー切断システムを使用しているファブリケーターにとって、ファイバー技術への移行は見逃すことのできない大きなチャンスです。 複数のレーザーを使用している場合、おそらく、XNUMX 台の COXNUMX レーザー切断機を XNUMX 台のファイバー レーザーに置き換えることを検討できますか? どのテクノロジーがあなたに適しているかという問題は、実際にはあなたの運用に帰着します。 システムは特定のアプリケーションにどの程度適合していますか? 部品をどれだけ早く、どれだけ費用対効果の高いものにできますか? これを念頭に置いて、適用範囲、運用コスト、スループット、所有コスト、そしてもちろん投資コストなど、関連データを注意深く分析する必要があります。