Технология волоконной лазерной резки

Резка волоконным лазером была одной из самых «прорывных» технологий, появившихся на рынке металлообработки с тех пор, как в 2-х годах для резки впервые были представлены CO1980-лазеры. Технология волоконного лазера считается прорывным и «революционным» изменением, поскольку она повлияла на весь статус-кво в производстве листового металла. И возможности легко реализовать. За относительно короткий период времени мы стали свидетелями экспоненциального прогресса в технологии волоконного лазера, используемой для резки плоского листового металла. Всего за пять лет волоконные лазеры достигли порога резки 4 кВт, для достижения которого CO2-лазерам потребовалось примерно в четыре раза больше времени. Спустя десять лет волоконные лазеры достигли уровня мощности 15 кВт для резки. Справедливости ради следует отметить, что волоконные лазеры, мощность некоторых из которых превышает 20 кВт, уже много лет используются в других отраслях промышленности не только для резки листового металла.

Преимущества технологии волоконной лазерной резки

Основные преимущества резки плоского листового металла с помощью технологии волоконного лазера связаны с ее монолитной, компактной твердотельной конфигурацией «волокно-в-волокно», которая не требует обслуживания и обеспечивает более низкую стоимость эксплуатации, чем при использовании сопоставимых CO2-лазеров. Характеристики луча волоконного лазера также обеспечивают гораздо более высокую скорость резки, чем CO2, как мы рассмотрим ниже. Сфокусированный луч даже волоконного лазера мощностью 2 кВт демонстрирует в 5 раз большую плотность мощности в фокусе по сравнению с CO4-лазером мощностью 2 кВт. Он также обладает в 2.5 раза большей характеристикой поглощения из-за более короткой длины волны волоконного лазера. (см. рис. 1 и рис. 2). Более высокое поглощение длины волны волокна и более высокая плотность мощности, создаваемая сфокусированным лучом, в совокупности обеспечивают пятикратное увеличение скорости резки материалов толщиной менее 1/2 дюйма. Системы резки волоконным лазером, безусловно, могут резать толщину более одного дюйма с более высокой мощностью волоконного лазера и даже резать быстрее при использовании азота в качестве вспомогательного газа, но «золотое пятно», где реализуются наиболее значительные преимущества, находится в 1/2 дюйма и ниже диапазона для стали при сравнении с системами CO2. Наверняка, если вы обрабатываете нержавеющие, алюминиевые, латунные или медные материалы, технология волоконного лазера является самой быстрой и экономичной независимо от толщины.

Рисунок 1. Сравнение плотности мощности CO2 и волоконных лазеров в фокусе. Рисунок 2. Сравнение поглощения CO2 и волоконных лазеров в зависимости от длины волны и толщины.

Преимущество в скорости наиболее заметно при использовании азота в качестве вспомогательного газа, поскольку расплавленный материал выталкивается азотом из пропила так же быстро, как он плавится. Чем выше плотность мощности лазерного луча, тем быстрее материал доводится до расплавленного состояния, тем выше скорость подачи.

Эффективное использование преимуществ высокой скорости волоконных лазеров высокой мощности требует тщательного планирования и управления всеми процессами. Благодаря увеличенной в три-четыре раза производительности и стоимости эксплуатации, вдвое меньшей, чем у CO2-лазера, финансовая выгода может изменить правила игры. Результатом является более низкая стоимость одной детали, более высокая потенциальная прибыль и более короткий срок окупаемости инвестиций. Давайте не будем забывать о дополнительных преимуществах увеличенной производительности станка теперь, когда вы обрабатываете обычные объемы деталей намного быстрее, что дает возможность взять на себя дополнительную работу для дальнейшего увеличения вашего дохода от продаж и прибыли.

Волокно может резать медь, латунь и алюминий намного лучше и безопаснее, чем CO2, потому что луч легче поглощается и не отражается. Эксплуатационные расходы волоконного лазера обычно составляют половину того, что может предложить система CO2, из-за более низкого потребления электроэнергии и высокой электрической эффективности волоконных лазеров.

Одним из последних достижений в волоконной лазерной резке является добавление технологии «Формирование луча», которая изменяет профиль луча для резки толстых листов кислородом. Поскольку волоконный лазер доставляется через волоконную оптику, профиль луча изначально мал и создает узкий канал, поскольку он фокусируется через материал. Хотя это выгодно для плотности мощности при резке азотом в качестве вспомогательного газа, это не относится к резке с кислородом. При резке кислородом предпочтительнее более широкий профиль луча с меньшей удельной мощностью, поскольку он создает более широкий канал в материале, через который выталкивается расплавленная сталь. Более широкий профиль балки обеспечивает более высокую скорость резания и более высокое качество режущей кромки при работе с более толстыми сталями. Технология Beam Shaper обеспечивает более широкий профиль луча, необходимый для достижения этой повышенной производительности.

Образец стали толщиной 1.250 дюйма, вырезанный со скоростью 25 дюймов в минуту волоконным лазером мощностью 15 кВт.

Есть много аспектов работы с лазерным резаком CO2, которые не существуют при работе с волоконным лазерным резаком: Мощный волоконный лазерный резак способен резать в 5 раз быстрее, чем обычный CO2-лазер, и потребляет половину эксплуатационных расходов. Волоконные лазерные резаки не требуют времени для прогрева — обычно около 10 минут на один запуск CO2-лазера. Волоконный лазерный резак не требует технического обслуживания траектории луча, такого как очистка зеркала или линзы, проверка сильфона и выравнивание луча. Это может занять еще 4 или 5 часов в неделю для CO2-лазера. Волоконные лазеры имеют полностью герметичный оптоволоконный путь луча как в источнике питания, так и в месте доставки волокна к режущей головке. Луч не подвергается загрязнению пути луча, как в случае с CO2-лазерами. Волоконно-оптические пути луча поддерживают постоянное центрирование луча сопла. Поскольку целостность оптоволоконного луча остается неизменной изо дня в день, то же самое происходит и с параметрами резки, требующими гораздо меньше регулировок, чем CO2-лазер.

что становится со всем этим сэкономленным временем? Более высокая производительность и большая производительность машины! С волоконным лазером, способным в пять раз увеличить скорость резки, производить в три-четыре раза больше деталей в единицу времени и в сочетании с 50% меньшими эксплуатационными расходами по сравнению с CO2, это представляет собой большую возможность, основанную на увеличении производительности машины. Каким бы ни был окончательный вывод, не забывайте о влиянии этих инвестиций на ваши последующие процессы: как добавление этой новой системы лазерной резки повлияет на поток операций до и после резки деталей? Конечно, знание и предварительная подготовка к тому, что интерфейсные офисные системы должны будут соответствовать производительности волоконного лазера, помогает производителям настраивать свои интерфейсные процессы, чтобы поддерживать резку волоконным лазером, а не ждать выполнения заданий. Знание того, что материалы должны быть своевременно представлены для волоконного лазера, повысит эффективность обработки материалов и инвентаризации. Знание того, что увеличенные объемы вырезанных деталей должны удовлетворяться дополнительными возможностями гибки, поможет подготовить область гибки к увеличенному объему. Для производителей, использующих системы лазерной резки CO2, переход на волоконно-оптическую технологию представляет собой огромное окно возможностей, которое нельзя упускать из виду. Если вы используете несколько лазеров, возможно, вы могли бы рассмотреть возможность замены двух станков для лазерной резки CO2 одним волоконным лазером? Вопрос о том, какая технология подходит именно вам, на самом деле сводится к вашей работе. Насколько хорошо система подходит для вашего конкретного приложения? Насколько быстрее и насколько экономичнее будут производиться ваши детали? Имея это в виду, необходимо провести тщательный анализ соответствующих данных, включая область применения, эксплуатационные расходы, пропускную способность, стоимость владения и, конечно же, инвестиционные затраты.