Jak zmienia się przemysłowe cięcie laserem
PixabayW historii przemysłowego cięcia laserem nie tylko zmieniały się parametry samego procesu, ale także technologia lasera wykorzystywana w tym procesie. Współczesne lasery różnią się od tych sprzed kilku dekad, zarówno pod względem konstrukcyjnym, jak i wydajności. Warto przyjrzeć się każdej z głównych technologii i ich zaletom oraz wadom.
Cięcie laserowe to jedna z najbardziej zaawansowanych metod obróbki materiałów, która zmienia przemysł w zakresie precyzji, szybkości i jakości cięcia. W porównaniu do tradycyjnych metod, takich jak cięcie mechaniczne (np. piłowanie, szlifowanie) czy cięcie plazmą lub strumieniem wody, cięcie laserowe oferuje szereg istotnych korzyści, związanych zarówno z wydajnością samego procesu cięcia, jak i komfortem pracy z wycinarką.
Zalety cięcia laserem
Cięcie laserowe charakteryzuje się przede wszystkim dużą precyzją i czystością cięcia, co przekłada się na wysoką jakość uzyskanego detalu. Wycinarki laserowe umożliwiają również cięcie elementów o dużo bardziej skomplikowanych kształtach, które są trudne do osiągnięcia za pomocą tradycyjnych metod obróbczych. Ponadto, proces cięcia laserowego jest bezkontaktowy, co minimalizuje ryzyko uszkodzenia materiału, w tym zniekształcenia spowodowanego wysoką temperaturą.
Kolejną zaletą jest automatyzacja procesu, która pozwala na zdalne sterowanie wycinarką i łatwość w dostosowywaniu parametrów cięcia do różnych materiałów. Dzięki takiej elastyczności, wycinarki laserowe mogą być z powodzeniem wykorzystywane zarówno w produkcji jednostkowej, jak i masowej. Warto również podkreślić niskie koszty eksploatacyjne w dłuższym okresie, ponieważ laser jest narzędziem o długiej żywotności, a same procesy cięcia wymagają minimalnej interwencji operatora.
Rodzaje wycinarek laserowych
W ofercie rynkowej można znaleźć różne rodzaje przemysłowych wycinarek laserowych. Różnią się one wielkością, generowaną mocą, a także rodzajem obrabianego materiału czy poziomem oferowanej automatyzacji procesów. Wycinarki laserowe różnią się również technologią generowania promieniowania laserowego. Każdy z odmiennych rodzajów lasera charakteryzuje się odmiennymi parametrami, które decydują o jego przydatności w danej aplikacji. Najpopularniejsze obecnie technologie to lasery CO2, lasery YAG i lasery światłowodowe (fiber).
Lasery CO2
To najstarsza spośród obecnie stosowanych wciąż technologii cięcia laserem. Pierwsze lasery CO2 pojawiły się już ponad pół wieku temu, jednak na masową skalę zaczęto je stosować pod koniec ubiegłego stulecia. To lasery gazowe, w których wiązka lasera jest generowana na skutek przepuszczenia prądu elektrycznego przez rezonator wypełniony mieszanką gazów (w tym przypadku głównie CO2). Wiązka lasera, wykorzystując zwierciadła, jest następnie skupiana i przekazywana do głowicy, skąd trafia na obrabiany materiał.
Zaletą laserów CO2 jest wysoka moc, co pozwala na cięcie materiałów o dużej grubości. Ponadto nadają się do cięcia materiałów niemetalicznych (np. drewna czy pochodnych papieru) i większości tworzyw sztucznych. Długość fali (10,6 μm) sprawia, że lasery CO2 zapewniają gładkie, precyzyjne cięcia, które wymagają minimalnej obróbki wykończeniowej. Wyróżniają się ponadto dużą niezawodnością i długim czasem użytkowania.
Wadą laserów CO2 jest natomiast stosunkowo niska efektywność energetyczna w porównaniu do nowoczesnych technologii, takich jak lasery światłowodowe. Wymagają też bardziej skomplikowanego układu optycznego z lustrami i soczewkami, co zwiększa koszty eksploatacji. Ponadto same wycinarki są większe i mniej mobilne, co może stanowić problem w przypadku ograniczonej przestrzeni w zakładzie produkcyjnym.
Lasery YAG
Lasery YAG to tzw. technologia ciał stałych, w której ośrodkiem aktywnym jest monokryształ YAG (itr-aluminium-granat) z zatopionym w jego wnętrzu atomem neodymu (Nd:YAG). Kiedy kryształ jest pobudzany odpowiednim impulsem energetycznym, emituje promieniowanie laserowe o długości fali 1,064 nm. Do generowania wiązki lasera nie wykorzystuje się gazu, a półprzewodnikowe diody laserowe.
Lasery YAG cechują się wyższą efektywnością energetyczną niż lasery CO2, a także mniejszymi wymaganiami konserwacyjnymi. Ponadto, systemy optyczne w tego typu wycinarkach są mniej wrażliwe na zanieczyszczenia, co przekłada się na mniejsze ryzyko awarii i niższe koszty utrzymania.
Z kolei ich główną wadą jest mniejsza wszechstronność, szczególnie w odniesieniu do cięcia grubych materiałów, gdzie lasery CO2 wciąż zapewniają lepsze wyniki. Mają też znacznie krótszą żywotność niż lasery fiber, co przekłada się na mniejszą opłacalność ich zakupu. Dodatkowo lasery YAG są droższe w zakupie i wymagają stosunkowo skomplikowanej obsługi, co może dodatkowo zwiększać całkowite koszty eksploatacyjne.
Lasery światłowodowe (fiber)
Lasery światłowodowe to najnowsza technologia wykorzystywana w przemysłowych wycinarkach laserowych. Promieniowanie laserowe jest generowane w specjalnym włóknie optycznym (światłowodowym) z domieszką aktywnego materiału (iterbu). W wyniku wzbudzenia światłowodu powstaje wiązka lasera o długości fali 1 μm, czyli aż 10 razy mniejsza niż w laserach CO2. Lasery fiber charakteryzują się przede wszystkim wyjątkową efektywnością energetyczną, dzięki czemu generowanie wiązki o wysokiej mocy jest znacznie tańsze pod względem zużycia energii. Dodatkowo systemy optyczne w tych wycinarkach nie wymagają skomplikowanego układu luster, co sprawia, że lasery fiber mają mniejsze koszty eksploatacji i konserwacji.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Bardzo wąska wiązka światła umożliwia uzyskiwanie wyjątkowo precyzyjnych cięć, szczególnie w cienkich materiałach. Dzięki tej technologii można uzyskać wysoką jakość cięcia, minimalizując odkształcenia termiczne materiału. Wycinarki laserowe fiber są również bardzo kompaktowe, co pozwala na ich łatwiejszą integrację w zakładach produkcyjnych o ograniczonej przestrzeni. Kolejną ważną zaletą laserów fiber jest możliwość cięcia materiałów odblaskowych, takich jak np. miedź czy mosiądz, co przy laserach CO2 było sporym wyzwaniem.
Wadą laserów światłowodowych może być ich ograniczona wydajność przy cięciu bardzo grubych materiałów. Choć technologia ta doskonale sprawdza się przy cięciu cienkich blach, w przypadku cięcia materiałów o dużej grubości, takich jak grube blachy stalowe, lasery CO2 nadal mogą oferować lepszą wydajność.
Jaka przyszłość przemysłowego cięcia laserowego?
Przemysłowe cięcie laserowe nieustannie ewoluuje, a przyszłość tej technologii zapowiada się niezwykle obiecująco. W najbliższych latach można oczekiwać, że wycinarki laserowe będą coraz bardziej efektywne energetycznie, dzięki dalszemu rozwojowi technologii lasera światłowodowego, który stanie się jeszcze bardziej dostępny, oferując wyższą moc przy niższym zużyciu energii. Oczekuje się również, że lasery fiber będą w przyszłości wykorzystywać innowacyjne materiały światłowodowe, które umożliwią uzyskiwanie jeszcze bardziej precyzyjnych cięć i wydajniejszych procesów produkcyjnych.
Kolejnym krokiem będzie wprowadzenie bardziej zaawansowanych systemów automatyzacji, w tym integracja wycinarek laserowych z robotami i systemami do automatycznego załadunku i rozładunku materiałów. Dzięki temu proces cięcia stanie się jeszcze bardziej zautomatyzowany i mniej zależny od pracy operatorów. Wraz z postępem sztucznej inteligencji systemy cięcia laserowego będą mogły dostosowywać parametry pracy w czasie rzeczywistym, optymalizując procesy cięcia pod kątem różnorodnych materiałów i zmieniających się warunków produkcyjnych.
W przyszłości technologia cięcia laserowego będzie także coraz bardziej wszechstronna, z większym zakresem materiałów, które będą mogły być cięte. Pojawią się też nowe rozwiązania, które będą umożliwiać cięcie materiałów o wyjątkowych właściwościach, takich jak kompozyty czy materiały o wysokiej twardości
Przemysłowe wycinarki laserowe, dzięki swojej precyzji, szybkości i wszechstronności, stanowią obecnie kluczową technologię w nowoczesnej obróbce materiałów. Lasery CO2, YAG i światłowodowe różnią się między sobą pod względem zasady działania czy zastosowania, ale każda z tych technologii ma swoje miejsce na rynku. Lasery CO2 nadal dominują w cięciu grubych materiałów, jednak to lasery światłowodowe zdobywają coraz większą popularność dzięki swojej wysokiej efektywności energetycznej i precyzji. W przyszłości spodziewać się można dalszego rozwoju tych technologii, co sprawi, że cięcie laserowe będzie jeszcze bardziej dostępne, wydajne i elastyczne w zastosowaniach przemysłowych.
