Od czego zależy prędkość cięcia laserem fiber?
Prima PowerPrędkość cięcia laserem fiber ma niebagatelny wpływ na wydajność całego procesu, stąd też rosnąca popularność tej technologii cięcia różnych materiałów. Z czego jednak wynika sama prędkość cięcia? Czy decydująca jest tylko moc lasera fiber?
- Najmocniejsze lasery fiber osiągają obecnie moc rzędu kilkunastu kilowatów
- Problemem przy dużej mocy laserów może być trwałość ich systemów optycznych
- Na efektywność cięcia laserem wpływ ma również geometria wiązki lasera
- Im mniejsza średnica wiązki lasera, tym większa jest gęstość mocy, co przekłada się na prędkość cięcia
- Na cięcie laserem wpływ mają także nagłe zmiany kierunku wiązki
W teorii sprawa wydaje się dość oczywista. Wraz z rosnącą mocą laserów fiber zwiększa się prędkość cięcia. Co więcej, większa moc oznacza również lepszą jakość cięcia, ze względu na mniejsze (krótsze) nagrzewanie obrabianego materiału.
Duża moc lasera fiber rodzi pewne problemy
Gdyby jednak kwestia ta sprowadzała się wyłącznie do maksymalnej mocy lasera, wówczas w ofercie wielu producentów już dawno mielibyśmy wycinarki laserowe o mocy sporo powyżej 20 kW. A tymczasem w najmocniejszych laserach parametr ten osiąga obecnie poziom rzędu kilkunastu kilowatów.
Potencjalnym problemem okazują się systemy optyczne, które odpowiadają za przekazywanie wiązki lasera fiber. Duża gęstość energii najmocniejszych na rynku laserów przekłada się bowiem na mniejszą ich trwałość. Im większa jest moc lasera, tym ryzyko uszkodzenia optyki rośnie. Uśredniając, można przyjąć, że w wycinarkach laserowych o mocy rzędu 1–4 kW soczewka wytrzyma rok do dwóch lat, podczas gdy w laserach o mocy powyżej 10 kW okres ten skróci się do zaledwie kilku miesięcy. Dlatego też wraz z rosnącą mocą wycinarek laserowych, konieczny jest rozwój światłowodowych systemów optycznych. Tylko zoptymalizowane pod tym względem rozwiązania sprawią, że duża moc przełoży się na większą wydajność, a nie będzie źródłem dodatkowych kosztów.
Geometria wiązki lasera
Drugim czynnikiem, który ma bezpośrednie przełożenie na efektywność cięcia laserem, jest geometria wiązki lasera. Zależy ona głównie od takich parametrów, jak średnica ogniska wiązki, długość ogniskowej soczewki i kolimatora, a także gęstości mocy wiązki laserowej. Każdy z tych parametrów może osiągać różne wartości, tak więc łączna liczba kombinacji ustawień wiązki lasera jest dość duża. I to właśnie od ustawienia tych parametrów zależy średnica skupionego promienia lasera, która również ma spory wpływ na uzyskaną prędkość cięcia.
Średnica wiązki może przyjmować wartości od ok. 20 do nawet 300 um. Generalna zasada mówi, że im mniejsza jest średnica wiązki lasera, tym większa jest gęstość mocy, co znajduje przełożenie w prędkości cięcia. Dlatego też podczas cięcia wiązką światła laserowego dąży się do tego, aby szczelina cięcia była jak najwęższa. Problem jednak w tym, że nie można za bardzo zmniejszać tej wiązki. Zbyt wąska szczelina może bowiem spowodować, że będzie zbyt mało miejsca, aby efektywnie wydmuchać stopiony metal. Zalecane średnice w dużej mierze zależą od grubości ciętego materiału. Przy grubszym materiale i wąskiej szczelinie problem z wydmuchiwaniem gazu może być jeszcze większy, dlatego też wraz ze wzrostem grubości materiału konieczna jest większa średnica wiązki lasera. Dlatego też zaleca się, by systemy optyczne lasera były jak najlepiej dopasowane do grubości materiału, jaki będzie wykorzystywany w procesach cięcia.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Nie tylko jednak grubość wiązki ma wpływ na cięcie. Krytyczne mogą się także okazać nagłe zmiany kierunku wiązki. W miejscach chwilowego nawet zmniejszenia prędkości zwiększa się strefa wpływu ciepła na materiał, co może mieć przełożenie na jakość cięcia.
Nie sama prędkość cięcia się liczy
Ponieważ na prędkość procesu cięcia laserem wpływ ma co najmniej kilka zmiennych, nie ma jakichś znormalizowanych standardów, które by z góry określały, jakie parametry lasera będą optymalne w danych warunkach. Bezsprzecznie jednak technologia laserowa (a w jej ramach – technologia laserowa fiber) zdecydowanie przewyższa pozostałe metody cięcia materiałów pod względem szybkości obróbki. Nawet przy większej złożoności elementu czas procesu jest bardzo krótki.
Co również ważne, detal wycięty laserem ma proste krawędzie, dokładny kształt i wysoką jakość powierzchni. Dzięki temu nie ma potrzeby dalszych procesów obróbkowych, szczególnie przy mniejszych grubościach ciętego materiału. Po wycięciu detal może zostać od razu użyty w dalszych etapach procesu produkcyjnego.
Warto też mieć na uwadze, że nawet najszybsza wycinarka laserowa nie sprawi, że proces cięcia będzie wydajniejszy, jeśli np. wymiana wycinanych arkuszy odbywać się będzie manualnie. Przez dużą część czasu wycinarka będzie bezczynnie oczekiwać na kontynuację pracy.
O Autorze
