Ile energii zużywają lasery?

Ile energii zużywają lasery? Kimla

Efektywność energetyczna jest dziś kluczowa z punktu widzenia wielu przedsiębiorstw. Mniejsze zużycie energii elektrycznej jest opłacalne ze względu na niższe koszty funkcjonowania zakładu produkcyjnego. Jednocześnie przyczynia się do ochrony środowiska. Jak z tej perspektywy wygląda zatem korzystanie z wycinarek laserowych?

Utarło się przekonanie, że wycinarki laserowe podczas pracy zużywają bardzo dużo energii elektrycznej. I rzeczywiście, kiedyś tak było. Do zasilana wycinarki laserowej CO2 np. o mocy 6 kW wymagane było nawet 100 kW zasilania. Spowodowane było to tym, że lasery CO2 mają stosunkowo niską sprawność energetyczną na poziomie 7%.

Reklama

Tak niska sprawność laserów CO2 wynika przede wszystkim z ograniczeń fizycznych tego typu rezonatora, a także ze strat w generatorze wielkiej częstotliwości, jaki jest używany do jego zasilania. Przy tak dużych stratach wymagany jest ponadto bardzo wydajny układ chłodzenia – który także zużywa sporo energii.

Lasery fiber najbardziej eko

Następnie na rynku pojawiły się lasery na ciele stałym. Najpopularniejsze z nich to lasery dyskowe i lasery światłowodowe (fiber). Oba te typy źródeł laserowych wykorzystują diody laserowe do pompowania głównego rezonatora i oferują znacznie większą sprawność.

W przypadku laserów dyskowych wycinarka o mocy 6 kW zadowoli się już połową mocy lasera CO2. To jednak wciąż poziom ok. 50 kW. Dopiero rozwój laserów światłowodowych pokazał ogromny skok sprawności i pozwolił nawet na czterokrotne zredukowanie konsumpcji energii.

Lasery dyskowe są laserami typu open cavity. Oznacza to, że światło w rezonatorze, wychodząc z ośrodka aktywnego (w tym przypadku dysku ze specjalnego aktywnego szkła), przechodzi przez granicę ośrodków – najpierw ze szkła do powietrza, następnie po odbiciu się od lustra z powrotem przez granicę ośrodków z powietrza do szkła.

Proces ten odbywa się wielokrotnie. Przy każdym przejściu przez granicę ośrodków część światła rozprasza się, a część odbija. Między innymi to prowadzi do strat, które ograniczają sprawność takiego rezonatora.

Najnowszej generacji lasery fiber wykorzystują technologię all in glass. W tego typu laserach światło rezonuje wewnątrz aktywnego światłowodu, nie wychodząc ze szkła, dopóki promień nie dotrze do głowicy. Brak przechodzenia przez granicę ośrodków eliminuje straty z tego powodu, co znacznie zwiększyło sprawność, która dochodzi do 50%.

Mniej ekonomiczne napędy zębate

Reklama

Nie tylko jednak źródło lasera podczas pracy pobiera energię. Istotne pod tym względem są również napędy osi wycinarki laserowej. Również w tym obszarze odnotowano w ostatnich latach ogromny postęp, ponieważ starego typu napędy zębate zamieniane są coraz częściej na nowoczesne, magnetyczne napędy liniowe.

Standardowe napędy osi wycinarek laserowych to najczęściej listwy zębate z kołem zębatym, które jest napędzane przez przekładnię planetarną. Takie rozwiązanie jest najtańsze, ale przez kontaktową naturę takiego napędu współpracujące zęby wycierają się i stawiają opór, który wynika z tarcia.

Poza zużywaniem się powierzchni stykowych – co prowadzi do stale zwiększających się luzów – napędy takie zużywają ponadto sporo energii, która jest niezbędna na pokonywanie oporów ruchu.

Napędy liniowe z licznymi zaletami

Nowoczesne, magnetyczne napędy liniowe to napędy nowej generacji, które charakteryzują się niemal samymi zaletami w porównaniu z napędami zębatymi. Przede wszystkim są znacznie szybsze. Nie ma bowiem ograniczenia prędkości obrotowej silnika, który napędza przekładnię planetarną.

Do tego są znacznie dokładniejsze, ponieważ nie występuje w nich w ogóle zjawisko luzu zwrotnego. W napędach zębatych są to wartości na poziomie nawet 0,1 mm. Napędy liniowe mają dokładności mikrometryczne dzięki liniałom pomiarowym o rozdzielczościach, które dochodzą do 1 nm.

Napędy liniowe się nie zużywają, ponieważ działają bezdotykowo, natomiast pola magnetycznego nie można zużyć. Ponadto są bezobsługowe, nie wymagają kalibracji lub kasowania luzów. Do ich zalet można zaliczyć także możliwość odzyskiwania energii podczas hamowania, co pozwala na osiąganie dodatkowych oszczędności energii.

Dotychczas napędy liniowe miały jedną poważną wadę. Były bardzo drogie – głównie z powodu niewielkiego udziału w rynku i produkcji przez niewielką liczbę firm. Wielu producentów wycinarek laserowych wciąż więc stosuje w nich napędy zębate. Maszyny wyposażone w napędy liniowe byłyby bowiem zbyt drogie do masowej sprzedaży.

Kimla jako pierwszy na świecie producent laserów fiber rozpoczęła produkcję własnych magnetycznych napędów liniowych. Ograniczając łańcuch pośredników i optymalizując procesy wytwarzania, firmie udało się osiągnąć cel, jakim jest oferowanie maszyn wyposażonych w najnowocześniejsze napędy w standardzie bez żadnych dopłat. Obecnie nawet najprostsze i najtańsze modele laserów marki Kimla są wyposażone w napędy liniowe we wszystkich osiach.

Dzięki zastosowaniu najnowszej generacji laserów światłowodowych i dzięki napędom, które umożliwiają odzysk energii podczas hamowania, wycinarki laserowe firmy Kimla o mocy 6 kW zadowalają się zasilaniem na poziomie 25 kW. Z kolei średni pobór mocy podczas pracy jest na poziomie 16 kW – co jest prawdopodobnie światowym rekordem oszczędności.

Tagi artykułu

Zobacz również

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę