• Technologia cięcia laserem ma liczne zalety w porównaniu do konkurencyjnych metod cięcia
• Wycinarka laserowa nie zawsze jednak musi być optymalnym wyborem
• Kiedy lepszym wyborem jest cięcie laserem fiber, a kiedy laserem CO₂?
• Przyszłość przemysłowego cięcia będzie należeć do technologii laserowej

Powiązane firmy

Nie oznacza to jednak, że pozostałe metody wycinania blach i innych materiałów całkowicie odchodzą do lamusa. Nawet te bardziej tradycyjne – jak nożyce, wyrzynarki, gilotyny lub wykrawarki – wciąż można spotkać w różnych zastosowaniach przemysłowych. Głównie jednak ze względu na wspomnianą wyżej prędkość cięcia wyraźnie przegrywają one z bardziej zaawansowanymi technologiami.

Również technologie cięcia plazmą i wysokociśnieniową strugą wodną mają specyficzne właściwości, dzięki którym są bezkonkurencyjne w określonych przypadkach. Gdybyśmy jednak mieli uogólniać, to bez wątpienia właśnie cięcie laserem ma największy potencjał rozwoju. W najbliższych latach ta technologia powinna więc grać dominującą rolę w procesach cięcia przemysłowego.

Cięcie laserem – najważniejsze zalety

Choć bez wątpienia wysoka prędkość cięcia laserem jest największą zaletą technologii laserowych w porównaniu z innymi metodami cięcia, istnieją też inne korzyści, które rekompensują relatywnie najwyższy koszt początkowy. Lasery zapewniają także wysoki poziom uniwersalności, a co za tym idzie – możliwość obróbki różnorodnych materiałów.

Poza tym technologia laserowa gwarantuje wysoką precyzję cięcia (także kształtowego), gładkie krawędzie (niewymagające dodatkowej obróbki wykańczającej), a precyzyjnie zaprojektowana ścieżka cięcia minimalizuje ilość odpadów. W efekcie cięcie laserem gwarantuje dużą wydajność procesu – zwłaszcza w połączeniu z automatyzacją czynności towarzyszących.

Jak mówi Andrzej Szkotnicki z firmy Telebrook Optronics, spośród najważniejszych zalet cięcia laserem należy wymienić bardzo wysoką jakość wiązki. Zapewnia ona dużą precyzję cięcia prostych lub złożonych kształtów, zarówno w różnych rodzajach stali, jak i materiałach silnie refleksyjnych. Ograniczona strefa wpływu ciepła nie powoduje natomiast zmian właściwości obrabianego materiału.

– Co istotne, wysoka precyzja cięcia nie jest okupiona szybkością cięcia. Tutaj technika laserowa zdecydowanie wygrywa z konwencjonalnymi technikami. Zwiększanie szybkości cięcia wymiernie przekłada się na redukcję kosztów poprzez zmniejszenie ilości gazów osłonowych czy zużycia energii. Wysoka efektywność energetyczna, a więc koszt użytkowania, to kolejna zaleta cięcia laserem w porównaniu z konwencjonalnymi metodami – stwierdza Andrzej Szkotnicki.

I dodaje, że warto wspomnieć także o prostocie użytkowania systemów cięcia laserem. Dla przykładu, w przypadku laserów światłowodowych pozbyto się elementów wymagających kontroli, okresowej wymiany części czy justowania. Różnorodność laserów operujących na różnych długościach fali pozwala na odpowiednie zaprojektowanie systemu – tak, aby uzyskać jak najbardziej wydajny jakościowo i ekonomicznie proces cięcia zależnie od rodzaju i grubości obrabianego materiału.

Łukasz Skibiński, inżynier projektu w firmie Laser Pro, dodaje, że rozwój technologii laserowych w aplikacjach cięcia możemy obserwować od lat 70. ubiegłego stulecia. Od tego czasu wydajność, elastyczność, redukcja ilości odpadów i wiele innych zalet cięcia laserowego wypiera inne technologie, takie jak cięcie plazmowe, strumieniem wody czy elektroerozyjne.

– Moim zdaniem ten trend się nasili z uwagi na ekonomicznie uzasadnioną inwestycję także pod kątem wysokiej sprawności energetycznej, co jest istotnym czynnikiem w obecnych czasach – tłumaczy przedstawiciel firmy Laser Pro. – Uważam, że w dłuższej perspektywie technologia, którą na co dzień się zajmuję, w dużym stopniu zastąpi konwencjonalne metody cięcia. Dotyczy to zwłaszcza produkcji seryjnych.

Konkurencyjne metody: waterjet i plazma

Mówiąc o zaletach cięcia laserem, nie można jednak pominąć zalet innych metod wycinania przemysłowego. Technologia cięcia wodą jest np. postrzegana jako najbardziej uniwersalna oraz pozwala na beztemperaturowe i ekonomiczne cięcie niemal wszystkich rodzajów materiałów (pozwala na cięcie m.in. tworzyw, kamienia, skóry, gumy czy kruchych materiałów). Przy tym nie generuje oparów szkodliwych dla zdrowia operatora. Natomiast wąska szczelina cięcia sprawia, że w procesie tym powstaje niewielka ilość odpadów.

Również wycinarki plazmowe pozwalają w pewnych warunkach uzyskać lepsze efekty cięcia niż przy użyciu lasera. To przede wszystkim możliwość wydajnej obróbki blach o grubościach powyżej 6–8 mm, stosunkowo duża prędkość cięcia, a także możliwość uzyskania gładkich krawędzi cięcia i wysokiej jakości powierzchni obrabianego detalu.

Kiedy cięcie laserem jest optymalnym wyborem?

Moment podjęcia decyzji o wyborze technologii laserowej w procesach cięcia będzie zależeć od różnych czynników. Jak wyjaśnia Jacek Baran, regional sales manager w Eagle, najczęściej firmy zaczynają rozważać zakup lasera wtedy, gdy opłaty za cięcie usługowe (bez kosztów materiału) zbliżają się do wartości raty leasingowej za taką maszynę. Właśnie wówczas rozpoczynają się poszukiwania własnej wycinarki.

– Trzeba jednak wziąć pod uwagę koszty stałe posiadania własnego lasera, takie jak utrzymanie operatora i programisty, miejsce na hali, instalacja gazowa oraz potencjalny serwis. Łącznie bowiem mogą one wynieść dwukrotność raty leasingowej – mówi Jacek Baran. – Istnieją również parametry, które ciężko wycenić, takie jak możliwość szybszego prototypowania, brak przestojów produkcji w oczekiwaniu na dostawę z zewnątrz oraz większy potencjał produkcyjny. Moment decyzji o zakupie wycinarki laserowej dla każdego podmiotu będzie więc inny i często motywowany różnymi czynnikami.

Laser fiber czy laser CO₂?

Rozwój technologii laserowej sprawia, że powszechnie stosowane lasery CO₂ są coraz częściej zastępowane przez lasery światłowodowe (fiber). Lasery gazowe charakteryzowały się dużym poziomem niezawodności i wytrzymałości, jednak stosunkowo nieduża moc znacząco ogranicza możliwości ich zastosowania. Nie dziwi więc obecnie dużo większe zainteresowanie laserami fiber.

Jak wyjaśnia Przemysław Kimla, właściciel firmy Kimla, technologia fiber na dobre zagościła w branży metalowej i nie ma już od tego odwrotu. Ciekawostką jest jednak to, że bez laserów CO₂ nie mogłyby powstać współczesne lasery fiber. Do przetwarzania bowiem elementów światłowodowych laserów fiber często niezbędne jest wykorzystanie skoncentrowanej energii z lasera CO₂, np. do spawania niektórych elementów światłowodu doprowadzającego wiązkę światła do głowicy tnącej. 

Około 10 lat temu, kiedy technologie fiber do cięcia blach dopiero raczkowały, panowało przekonanie, że lasery fiber nadają się tylko do cienkich blach. Dotyczyło to jednak stosowanych wówczas źródeł o mocy 1–3 kW. Wtedy rzeczywiście lasery CO₂ cięły z lepszą jakością niż lasery fiber przy blachach powyżej 15 mm.

Przez kolejne lata widoczna była tendencje do zwiększania mocy i ok. 3 lata temu standardem stała się moc 6 kW laserów fiber. Pozwoliło to wówczas na prawidłowe cięcie blach o grubości 20 mm, a nawet 25 mm – nieodbiegające jakością cięcia od laserów CO₂. Doprowadziło to praktycznie do zaprzestania oferowania laserów CO₂ przez firmy, które dotychczas były liderami rynku laserów CO₂ do cięcia blach.

– Dzieje się tak, ponieważ przewagę laserów fiber widać na każdym kroku. Zużywają nawet 4-krotnie mniej energii elektrycznej ze względu na doskonałą sprawność energetyczną i potrafią wycinać nawet do 5 razy szybciej niż lasery CO₂. Jeśli wziąć pod uwagę tylko te dwa czynniki, różnica w koszcie wycięcia danej części może być nawet 10-krotna, szczególnie przy zastosowaniu dedykowanego systemu sterowania do laserów fiber i napędów liniowych, jak to ma miejsce w przypadku laserów Kimla – tłumaczy Przemysław Kimla.

I dodaje, że obecnie stosowana jest moc na poziomie 12 kW czy 15 kW, a nawet większa. Przyrost mocy ponad 10 kW czy 12 kW już w niewielkim stopniu wpływa jednak na ogólną wydajność systemu. Natomiast ze względu na bardzo duże obciążenie optyki koszty utrzymania lasera o mocy, która przekracza 15 kW, są obecnie jeszcze ekonomiczne nieopłacalne.

MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE

Rozdzielanie i łączenie

Czy lasery CO2 znikną z rynku?

Przez wiele lat były jedynymi laserami używanymi w przemyśle do wycinania materiałów. Są wyjątkowo uniwersalne, ponieważ w zasadzie wszystkie materiały, które można ciąć laserem nie są dla tej długości fali przezroczyste. A właśnie ta przezroczystość jest największym ograniczeniem w cięciu laserem.

Także Jacek Baran (Eagle) potwierdza, że w branży obróbki blach laser CO₂ zdecydowanie traci użytkowników na rzecz laserów typu fiber. Wynika to z ich większej wydajności, niższych kosztów eksploatacyjnych oraz oszczędności na gazach i energii elektrycznej. Przy dobraniu odpowiedniej mocy wycinarki laserowej typu fiber istnieje możliwość ograniczenia ilości tlenków na krawędzi wycinanych elementów – nawet dla blach o grubości 20–25 mm, co jest obecnie rynkową rewolucją. 

– Moim zdaniem kwestią czasu jest zdominowanie branży obróbki blach przez lasery typu fiber. Uważam jednak, że lasery w technologii CO₂ wciąż będą wykorzystywane tam, gdzie ich charakterystyka pracy jest najlepsza, tj. w obróbce niektórych tworzyw sztucznych, materiałów drewnopochodnych i drewna – dodaje przedstawiciel firmy Eagle.

Zdaniem Andrzeja Szkotnickiego (Telebrook Optronics) dynamiczny rozwój laserów światłowodowych i ich zastosowań sprawia, że na rynku corocznie znacząco zwiększa się liczba laserowych systemów przemysłowych. Nie tylko jednak zwiększanie mocy powyżej ogólnie dostępnych obecnie 30 kW, ale również zmniejszanie zapotrzebowania na energię wymaganą przez źródło laserowe jest kluczowe dla redukcji kosztów i wzrostu produktywności. 

Zmniejszenie rozmiarów źródeł laserowych wraz ze zwiększeniem efektywności ich działania, nowe systemy kontroli trybów pracy ciągłej lub impulsowej, czy też możliwość precyzyjnego kształtowania profilu wiązki wyjściowej pozwalają na skuteczne usprawnianie procesów i zwiększanie efektywności procesu cięcia. Z punktu widzenia integratora lub końcowego użytkownika systemów cięcia laserem światłowodowym istotnymi aspektami są łatwość integracji lub ewentualnej rozbudowy systemu, długotrwała niezawodność, bezobsługowość, a także przewidywalny koszt użytkowania.

Jaka przyszłość cięcia laserem?

Przyszłość przemysłowego cięcia w dającej się przewidzieć perspektywie będzie należała do technologii laserowych. Czy jednak należy oczekiwać, że lasery fiber całkowicie zdominują te procesy i zastąpią w nich lasery gazowe?

Jak przekonuje Andrzej Szkotnicki, lasery CO₂, które są na rynku od początku lat 70., wciąż będą pierwszym wyborem przez najbliższe lata w przypadku obróbki materiałów niemetalicznych (takich jak drewno, szkło, plastik, kamień czy skóra). Lasery CO₂ są też często wykorzystywane do cięcia grubych (powyżej 1 cm) materiałów metalicznych. Koszt zakupu laserów światłowodowych o dużych mocach spadł jednak do poziomu, który pozwala skutecznie wyprzeć lasery CO₂ z tej dziedziny.

Według Przemysława Kimli lasery CO₂ raczej nie znikną z rynku. Mimo bowiem ewidentnych zalet laserów fiber dotyczących cięcia metali nie potrafią one ciąć wielu materiałów niemetalicznych. Długość fali laserów CO₂ to ok. 10 µm, czyli jest to tzw. daleka podczerwień. W niej materiały przezroczyste dla oka ludzkiego są całkowicie nieprzepuszczalne dla tej długości fali i dlatego mogą być cięte.

– Długość fali laserów fiber to ok. 1 µm, czyli jest ona zbliżona do światła widzialnego. Dlatego też materiały, takie jak szkło, plexi czy nawet drewno, są dla tej długości fali przezroczyste i promień przez nie przechodzi, zamiast je ciąć – wyjaśnia właściciel firmy Kimla. – Z tego powodu lasery CO₂ nie znikną z rynku i będą używane m.in. przy produkcji poduszek powietrznych, do wycinania tkanin poliestrowych czy PET, do wycinania sklejki mocującej noże tnące w wykrojnikach introligatorskich czy do wycinania elementów reklamowych z przezroczystych tworzyw sztucznych.

– Należy jednak nadmienić, że trwają intensywne prace rozwojowe nad nowymi światłowodami i laserami światłowodowymi, które osiągają dużą moc w zakresie 2 µm i powyżej. Także może to wpłynąć na dalszy spadek konkurencyjności i zastosowań laserów CO₂ – dodaje na zakończenie przedstawiciel Telebrook Optronics.

WYBRANI PRODUCENCI I DYSTRYBUTORZY MASZYN DO CIĘCIA