Aktualności i wydarzenia

Czym jest maszyna do cięcia laserem światłowodowym?

Czym jest laser światłowodowy? Laser światłowodowy to urządzenie do cięcia laserowego, które wykorzystuje generator lasera światłowodowego jako źródło światła. Laser światłowodowy to rodzaj urządzenia, które do cięcia wykorzystuje wysokoenergetyczne wiązki laserowe emitowane przez lasery światłowodowe.

Jest szeroko stosowany w obróbce metali, lotnictwie, produkcji elektronicznej i innych dziedzinach. Rynek ceni go za wysoką wydajność, precyzję i elastyczność przetwarzania, stanowiąc jedno z najważniejszych narzędzi w nowoczesnym przemyśle wytwórczym.

1. Wprowadzenie do maszyny do cięcia laserem światłowodowym

Ten maszyna do cięcia laserem światłowodowym CNC Umożliwia cięcie płaskie i ukośne, z równymi i gładkimi krawędziami, co zapewnia wysoką precyzję cięcia blach i innych materiałów. Ponadto, ramię mechaniczne umożliwia cięcie trójwymiarowe, zamiast oryginalnego, importowanego lasera pięcioosiowego.

W porównaniu ze zwykłymi urządzeniami do cięcia laserowego dwutlenkiem węgla, urządzenie to oszczędza więcej miejsca i zużywa mniej gazu, charakteryzuje się wysokim współczynnikiem konwersji fotoelektrycznej, jest nowym energooszczędnym i przyjaznym dla środowiska produktem oraz jednym z wiodących technologicznie produktów na świecie.

Laser światłowodowy to nowy, opracowany na skalę międzynarodową typ lasera światłowodowego, który generuje wiązkę laserową o dużej gęstości energii, która jest skupiana na powierzchni przedmiotu obrabianego, powodując, że obszar oświetlony przez bardzo cienkie ognisko na przedmiocie obrabianym natychmiast topi się i odparowuje.

Automatyczne cięcie odbywa się poprzez przesuwanie punktu laserowego za pomocą mechanicznego systemu CNC. W porównaniu z dużymi laserami gazowymi i laserami na paliwo stałe, lasery gazowe mają oczywiste zalety i stopniowo stały się ważnymi kandydatami w takich dziedzinach jak precyzyjna obróbka laserowa, systemy LiDAR, technologia kosmiczna i medycyna laserowa.

1) Zasada działania maszyny do cięcia laserem światłowodowym

Wysokoenergetyczna wiązka laserowa, generowana przez transmisję lasera światłowodowego, jest skupiana na powierzchni materiału, dzięki czemu w bardzo krótkim czasie zostaje on nagrzany do temperatury topnienia lub parowania. Następnie stopiony lub odparowany materiał jest zdmuchiwany przez gaz pomocniczy (taki jak tlen, azot lub powietrze), co umożliwia cięcie.

2) Główne składniki

Laser światłowodowy:

Główny element zapewniający wiązkę laserową o dużej gęstości energii.

Głowica tnąca:

W skład zestawu wchodzi soczewka skupiająca, dysza i czujnik, które odpowiadają za skupienie wiązki laserowej na powierzchni materiału.

Układ transmisyjny:

W zestawie serwosilnik, szyna prowadząca i zębatka gwarantujące precyzyjny ruch głowicy tnącej.

Układ sterowania:

System CNC służy do sterowania parametrami takimi jak ścieżka cięcia, prędkość i moc.

Układ gazu pomocniczego:

Dostarcza tlen, azot lub powietrze wspomagające proces cięcia.

Układ chłodzenia:

Służy do chłodzenia lasera i głowicy tnącej, aby zapewnić stabilną pracę urządzenia.

Korpus maszyny:

Zapewnia stabilną platformę przetwarzania, zazwyczaj wykonaną z materiałów o wysokiej wytrzymałości, aby zagwarantować dokładność przetwarzania.

2. Główne cechy maszyny do cięcia laserem światłowodowym

Czym jest maszyna do cięcia laserem światłowodowym? Możemy to przeanalizować w następujący sposób:

Laser światłowodowy charakteryzuje się wysoką sprawnością konwersji elektrooptycznej, przekraczającą 30%. Lasery światłowodowe o niskiej mocy nie wymagają chłodzenia i wykorzystują chłodzenie powietrzem, co pozwala znacząco obniżyć zużycie energii podczas pracy, obniżyć koszty operacyjne i osiągnąć najwyższą wydajność produkcji.

Laser pobiera energię elektryczną wyłącznie podczas pracy i nie wytwarza dodatkowego gazu, charakteryzując się najniższymi kosztami eksploatacji i konserwacji.

Laser światłowodowy wykorzystuje modułową konstrukcję półprzewodnikową i redundantną, nie zawiera soczewek optycznych w komorze rezonansowej, nie wymaga czasu rozruchu i ma zalety braku konieczności regulacji, konserwacji i wysokiej stabilności, co zmniejsza koszty akcesoriów i czas konserwacji, czego nie można porównać z tradycyjnymi laserami.

Długość fali wyjściowej lasera światłowodowego wynosi 1,064 mikrometra, co stanowi 1/10 długości fali CO2. Jakość wiązki wyjściowej jest dobra, gęstość mocy wysoka, a laser ten doskonale nadaje się do absorpcji materiałów metalowych. Urządzenie charakteryzuje się doskonałymi możliwościami cięcia i spawania, minimalizując w ten sposób koszty obróbki.

Cała maszyna jest transmitowana światłowodem, bez konieczności stosowania skomplikowanych systemów światłowodowych, takich jak reflektory. Tor optyczny jest prosty, konstrukcja stabilna, a zewnętrzny tor optyczny nie wymaga konserwacji.

Głowica tnąca zawiera soczewki ochronne, które minimalizują zużycie cennych materiałów eksploatacyjnych, takich jak soczewki skupiające.

Światło przesyłane jest za pomocą światłowodów, co znacznie upraszcza projektowanie systemów mechanicznych i ułatwia ich integrację z robotami lub wielowymiarowymi stołami roboczymi.

Po dodaniu przesłony do lasera, może on być używany z wieloma maszynami. Dzięki rozdzieleniu światłowodu, można go podzielić na wiele kanałów, aby pracował jednocześnie, co ułatwia rozbudowę jego funkcji i łatwą oraz prostą modernizację.

Laser światłowodowy ma małą objętość, niską wagę, ruchomą pozycję roboczą i niewielkie wymiary.

1) Belka dostosowana do potrzeb

Dostosowany kształt wiązki w maszynach do cięcia laserem światłowodowym opiera się na zasadzie, że w porównaniu do tradycyjnego cięcia laserowego z wykorzystaniem pojedynczej okrągłej wiązki laserowej, nowy proces cięcia przyjmuje złożony kształt wiązki laserowej.

Wykorzystując unikalne właściwości ogniskowania laserów światłowodowych jednomodowych dużej mocy, generowane są wiązki o złożonych kształtach, co umożliwia oddzielenie części całkowitej energii lasera i stworzenie „dziurki od klucza” do zastosowań w spawaniu lub cięciu laserowym. Pozostała energia jest rozprowadzana do stopionego materiału. Wcześniej wiązka główna była wykorzystywana do uzyskania odpowiedniego rozkładu pary o wysokim ciśnieniu na powierzchni stopionego materiału.

Pozwala to na wywieranie lokalnego nacisku na stopiony materiał wypływający z nacięcia, znacznie przewyższającego ciśnienie powszechnie stosowane w cięciu laserowym przy współosiowym wtrysku gazu. W rezultacie nacięcie jest bardzo wąskie. Nowy proces ma ogromny potencjał, ponieważ nie wytwarza zadziorów w szerokim zakresie prędkości cięcia, a także umożliwia cięcie z dużą prędkością w wąskim konturze, zapewniając wysoką jakość cięcia.

2) Szybkie prototypowanie

Technologia szybkiego prototypowania w maszynach do cięcia laserem światłowodowym to ogólne określenie technologii bezpośredniego wytwarzania próbek lub części na podstawie modeli CAD. Integruje ona nowoczesne osiągnięcia technologiczne, takie jak technologia CAD, technologia CNC, technologia laserowa i technologia materiałowa, i stanowi ważny element zaawansowanych technologii produkcyjnych.

System ten umożliwia automatyczną, bezpośrednią, szybką i dokładną materializację pomysłów projektowych w postaci prototypów lub bezpośrednio produkowanych części z określonymi funkcjami, bazującymi na modelach CAD (modelach elektronicznych), generując niemal każdy złożony komponent bez użycia form i narzędzi, rozwiązując problem szybkiego dokowania od projektu do produkcji.

Dzięki temu technologia ta umożliwia szybką ocenę i modyfikację projektu produktu, skutecznie skraca cykl jego rozwoju, obniża koszty rozwoju, spełnia wymagania dzisiejszego niezwykle konkurencyjnego rynku w zakresie szybkiego rozwoju i produkcji nowych produktów oraz poprawia konkurencyjność rynkową produktów i wszechstronną konkurencyjność przedsiębiorstw.

3) Chłodzenie wodne

Jako urządzenie wspomagające chłodzenie laserów światłowodowych, agregat chłodniczy zapewnia prawidłową pracę urządzenia w stałej temperaturze. Dedykowany agregat chłodniczy do laserów światłowodowych należy do przemysłowych agregatów chłodniczych, które posiadają dwa tryby pracy: stałą temperaturę i inteligentną regulację temperatury, z dokładnością regulacji ± 0,3°C.

Bogactwo konfiguracji, w tym przełączniki urządzeń sterujących wejściem i wyjściem, zaawansowane funkcje, takie jak przepływ wody chłodzącej i alarmy wysokiej i niskiej temperatury, stabilna i trwała wydajność oraz szczególnie wyróżniające się pod względem oszczędzania energii i ochrony środowiska.

Parametry techniczne:

Kompleksowa, w pełni automatyczna, inteligentna kontrola temperatury: Użytkownicy mogą automatycznie przełączać się na odpowiednią temperaturę kontrolną, bez konieczności jej zmiany w różnych środowiskach.

CW-6100AT: Można go stosować do chłodzenia pojedynczego lasera światłowodowego o mocy 300W–1000W.

Wyposażony w grzałkę i konfigurację zapewniającą oczyszczoną wodę.

3. Jakie są zalety maszyn do cięcia laserem światłowodowym?

Główne cechy

Efektywna konwersja energii:

Wydajność konwersji elektrooptycznej laserów światłowodowych sięga 30%, co oznacza większą energooszczędność niż w przypadku tradycyjnych laserów CO₂.

Wysoka precyzja:

Wiązka laserowa po skupieniu ma małą średnicę, wąską szczelinę i dokładność cięcia wynoszącą ±0,1 mm.

Cięcie z dużą prędkością:

Szczególnie nadaje się do szybkiej obróbki cienkich blach, szybkość cięcia jest większa niż w przypadku metod tradycyjnych.

Niskie koszty utrzymania:

Lasery światłowodowe nie wymagają konserwacji, mają długą żywotność i niskie koszty eksploatacji.

Duża zdolność adaptacji materiału:

Możliwość cięcia różnorodnych materiałów metalowych, takich jak stal węglowa, stal nierdzewna, stopy aluminium, miedź itp.

Ochrona środowiska:

Brak hałasu, brak zanieczyszczeń podczas przetwarzania, zgodnie z wymogami zielonej produkcji.

Zalety maszyny do cięcia laserem światłowodowym w porównaniu z maszyną do cięcia laserem CO2

Doskonała jakość wiązki: mniejszy punkt ogniskowania, cieńsze linie cięcia, wyższa wydajność pracy i lepsza jakość przetwarzania.
Niezwykle wysoka prędkość cięcia: dwukrotnie większa moc niż w przypadku maszyn do cięcia laserem CO2 o tej samej mocy.
Wyjątkowa stabilność: wykorzystuje importowane lasery światłowodowe światowej klasy, charakteryzujące się stabilną pracą i żywotnością kluczowych podzespołów sięgającą 100000 godzin.
Niezwykle wysoka sprawność konwersji elektrooptycznej: Sprawność konwersji fotoelektrycznej maszyny do cięcia laserem światłowodowym wynosi około 30%, co jest wartością trzykrotnie wyższą niż w przypadku maszyny do cięcia laserem CO2. To rozwiązanie jest energooszczędne i przyjazne dla środowiska.
Bardzo niskie koszty użytkowania: Pobór mocy całej maszyny stanowi zaledwie 20-30% poboru mocy podobnych urządzeń do cięcia laserem CO2.
Niezwykle niskie koszty utrzymania: brak gazu roboczego lasera. Transmisja światłowodowa bez konieczności stosowania soczewek odblaskowych. Pozwala znacząco obniżyć koszty utrzymania.
Łatwa obsługa i konserwacja produktu: transmisja światłowodowa, nie ma potrzeby regulacji ścieżki optycznej.
Bardzo mocny, elastyczny efekt przewodzenia światła: kompaktowy rozmiar, zwarta konstrukcja, łatwość spełniania elastycznych wymagań przetwarzania.

Oczywiście, w porównaniu z laserami na dwutlenek węgla, zakres cięcia światłowodów jest stosunkowo wąski. Ze względu na długość fali, mogą one ciąć tylko materiały metalowe i nie są łatwo absorbowane przez materiały niemetaliczne, co wpływa na ich zakres cięcia.

Zalety w porównaniu z maszynami do cięcia laserowego Yag

Prędkość cięcia: Prędkość maszyny do cięcia laserem światłowodowym jest 4-5 razy większa niż YAG, co czyni ją odpowiednią do obróbki i produkcji na dużą skalę
Koszt użytkowania: Koszt użytkowania maszyny do cięcia laserem światłowodowym jest niższy niż w przypadku cięcia laserem YAG.
Wydajność konwersji optoelektronicznej: Wydajność konwersji fotoelektrycznej maszyny do cięcia laserem światłowodowym jest około 10 razy większa niż w przypadku YAG

Cena odpowiednich laserów światłowodowych jest stosunkowo wysoka, dlatego cena laserów światłowodowych jest znacznie wyższa niż laserów YAG, ale znacznie niższa niż laserów CO2. Jednak ich opłacalność jest rzeczywiście najwyższa spośród tych trzech.

4. Jakie są wady maszyn do cięcia laserem światłowodowym?

Chociaż urządzenia do cięcia laserem światłowodowym mają wiele zalet w obróbce metali, mają również pewne wady i ograniczenia, które odzwierciedlają się głównie w następujących aspektach:

1) Wysoki koszt sprzętu

Początkowy koszt zakupu urządzeń do cięcia laserem światłowodowym jest wysoki, zwłaszcza w przypadku sprzętu dużej mocy.

W przypadku małych i średnich przedsiębiorstw zwrot kosztów inwestycji może zająć dużo czasu.

2) Wyzwania związane z cięciem materiałów silnie odblaskowych

Podczas cięcia materiałów silnie odblaskowych (takich jak miedź, aluminium, srebro, złoto itp.) wiązka lasera może zostać częściowo odbita, co zmniejsza wydajność cięcia. Aby zminimalizować uszkodzenia sprzętu spowodowane odbiciem lasera, wymagane są specjalne procesy lub konfiguracje (takie jak urządzenia antyrefleksyjne).

W takim przypadku profesjonalni producenci zalecają użycie wysokiej jakości maszyna do strzyżenia.

3) Ograniczona możliwość cięcia grubych płyt

Wycinarki laserowe światłowodowe dobrze radzą sobie z cienkimi i średniogrubymi blachami (zwykle poniżej 25 mm), ale w przypadku grubszych blach prędkość i jakość cięcia mogą być niższe niż w przypadku cięcia plazmowego lub strumieniem wody. Do cięcia grubych blach wymagane są lasery o większej mocy, co dodatkowo zwiększa koszty.

4) Wysokie wymagania stawiane środowisku przetwarzania

Stabilne zasilanie i system chłodzenia są niezbędne do zapewnienia prawidłowej pracy urządzenia. Środowisko przetwarzania musi być utrzymywane w czystości, aby zapobiec wpływowi kurzu i oleju na układ optyczny.

5) Koszty konserwacji i materiałów eksploatacyjnych

Chociaż sam laser światłowodowy charakteryzuje się niskimi wymaganiami konserwacyjnymi, pozostałe podzespoły (takie jak głowice tnące, soczewki i dysze) nadal wymagają regularnej konserwacji i wymiany. Zużycie gazów pomocniczych (takich jak azot, tlen) również zwiększa koszty eksploatacji, zwłaszcza w przypadku długotrwałego cięcia z dużą intensywnością.

6) Próg operacyjny i techniczny

Obsługa wymaga wykwalifikowanych techników, zwłaszcza w zakresie programowania i regulacji parametrów skomplikowanych części. Nieprawidłowa obsługa może skutkować obniżeniem jakości cięcia lub uszkodzeniem sprzętu.

7) Ograniczenia materiałowe

Ograniczone możliwości obróbki materiałów niemetalicznych, takich jak drewno, szkło czy niektóre tworzywa sztuczne, zazwyczaj wymagają innych rodzajów urządzeń do cięcia laserowego (takich jak lasery CO₂). Niektóre powłoki lub materiały kompozytowe mogą mieć niekorzystny wpływ na rezultaty cięcia.

8) Zależność dokładności obróbki od stabilności obrabiarki

Dokładność cięcia w dużym stopniu zależy od stabilności konstrukcyjnej i dokładności ruchu obrabiarki. Jeśli obrabiarka jest niskiej jakości lub zużywa się po długim okresie użytkowania, wpłynie to na dokładność obróbki.

9) Złożona konfiguracja początkowa i debugowanie

W przypadku skomplikowanych części lub specyficznych materiałów, parametry należy regulować wielokrotnie, aby uzyskać najlepszy efekt cięcia. Nieprawidłowe ustawienia parametrów mogą skutkować niestabilną jakością cięcia.

Pomimo tych wad, lasery światłowodowe wciąż pozostają niezastąpionymi narzędziami w wielu gałęziach przemysłu ze względu na wysoką wydajność i precyzję. Potencjalne wady można zniwelować, wybierając wysokiej jakości sprzęt, optymalizując parametry procesu, wzmacniając konserwację i szkoląc operatorów.

Początkowy koszt sprzętu jest wysoki. Podczas cięcia materiałów silnie odblaskowych (takich jak miedź i aluminium) może być wymagana specjalna konfiguracja.

5. Kluczowe czynniki przy wyborze maszyny do cięcia laserem światłowodowym

- Moc

Wybierz odpowiednią moc lasera w zależności od rodzaju i grubości materiału.

– Rozmiar przetwarzania

Wybierz stół maszynowy dostosowany do rozmiaru obrabianego przedmiotu.

– Marka i serwis

Wybierz markę z dojrzałą technologią i doskonałą obsługą posprzedażową.

– Funkcje pomocnicze

Takie funkcje jak automatyczne załadowywanie i rozładowywanie, cięcie rur itp. mogą poprawić wydajność produkcji.

6. Wnioski

Czym jest laser światłowodowy? Odpowiedź brzmi następująco. Laser światłowodowy to rewolucja technologiczna w obróbce blach i „centrum obróbcze” w tej dziedzinie. Wycinarki laserowe charakteryzują się wysoką elastycznością, dużą prędkością cięcia, wysoką wydajnością i krótkimi cyklami produkcyjnymi, co zapewniło im szerokie grono odbiorców.

Wycinarka laserowa światłowodowa charakteryzuje się brakiem siły cięcia i deformacji podczas obróbki. Brak zużycia narzędzi i dobra zgodność z danymi. Niezależnie od tego, czy jest to prosty, czy złożony element, można go precyzyjnie i szybko formować i ciąć laserem w jednym cyklu. Wąska spoina tnąca, dobra jakość cięcia, wysoki poziom automatyzacji, prosta obsługa, niska pracochłonność i brak zanieczyszczeń. Urządzenie umożliwia automatyczne układanie i układanie elementów tnących, co zwiększa szybkość przetwarzania danych, obniża koszty zużycia i poprawia efektywność ekonomiczną. Efektywna żywotność tej technologii jest długa.

Obecnie, w krajach zagranicznych, lasery światłowodowe są najczęściej wykorzystywane do cięcia blach o grubości powyżej 2 mm. Wielu zagranicznych ekspertów uważa, że najbliższe 30-40 lat to złoty okres dla rozwoju technologii obróbki laserowej (co jest kierunkiem rozwoju w branży obróbki blach).

Inne informacje na temat cięcia laserem światłowodowym: