Głównym kryterium wyboru lasera do cięcia materiałów jest teoretycznie typ zastosowań, do jakich sprzęt będzie służył. W praktyce jednak trzeba uwzględnić też szereg innych czynników, które mają istotny wpływ na jego wydajne działanie. Chodzi przecież o to, by urządzenie w jak największym stopniu przynosiło zyski, a przy tym zapewniało odpowiednią dynamikę i jakość produkcji.

W przypadku laserów przemysłowych nie warto sugerować się przede wszystkim ceną urządzenia. Choć zakup urządzenia może pochłonąć ogromne środki finansowe – nawet rzędu miliona złotych – to trzeba na niego spojrzeć jak na inwestycję lub też rozważyć leasing. Może się bowiem okazać, że droższy laser w dłuższej perspektywie czasu okaże się bardziej opłacalny niż ten tańszy (oczywiście nie jest to reguła). Ostatecznie wszystko zależy od prawidłowego określenia aktualnych i przyszłych potrzeb produkcyjnych, jednak to tylko potwierdza fakt, że tak duża inwestycja wymaga dokładnej analizy.

Oprócz laserów istnieje wiele innych typów urządzeń do cięcia materiałów przemysłowych. Najłatwiejszym sposobem ich wyboru jest dopasowanie technologii do grubości ciętego materiału – powyżej 20 mm z reguły najlepiej sprawdzą się wycinarki typu waterjet, plazmowe bądź tlenowe. Cięcie materiałów cieńszych natomiast to domena wycinarek z laserem CO₂, YAG czy światłowodowym, znanym także jako fiber. 

Czym różnią się głowice laserów?

Najpopularniejszym i zarazem najstarszym typem wycinarek laserowych na rynku jest urządzenie wykorzystujące laser gazowy CO₂ o długości fali 10,6 mikrometra. Źródłem jego wiązki, przekazywanej na stół roboczy za pomocą luster, jest mieszanina dwutlenku węgla z gazami aktywowanymi elektrycznie. Swoją popularność zawdzięcza dużej uniwersalności przy atrakcyjnej cenie. W czasach, kiedy rynek nie oferował konkurencyjnych rozwiązań, laser CO₂ był praktycznie jedynym sensownym wyborem, dzisiaj jednak pojawiają się też inne atrakcyjne technologie. O ile wycinarki CO₂ do niemetali wciąż oferują konkurencyjne parametry, o tyle lasery gazowe do metali są już wypierane przez lasery światłowodowe. Główną przyczyną jest duży pobór energii i rosnące koszty eksploatacji tych pierwszych, związane z gazami inicjującymi i obecną obudową optyczną, która nie tylko wymaga stałej konserwacji, ale też może się zepsuć. 

Remedium na potencjalnie wadliwe komponenty i zużywanie gazu okazał się laser światłowodowy, znany także jako fiber, o długości fali 1064 nanometra – czyli 10-krotnie mniej niż w przypadku CO₂. Mniejsza wiązka pozwala uzyskać wyższe skupienie energii, co przekłada się na większą prędkość cięcia i możliwość obróbki materiałów refleksyjnych. Działanie lasera fiber wykorzystuje aktywne włókno optyczne, które generuje promieniowanie, co oznacza, że głowica takiego lasera nie ma luster ani żadnych zużywalnych komponentów. Zatem w tym aspekcie fiber wygrywa z bardziej awaryjnym laserem gazowym, jednak w dalszym ciągu pozostają kwestie uniwersalności procesu i dopuszczalnej grubości ciętego materiału. Te nie zawsze wypadają na korzyść światłowodu, chociaż z drugiej strony technologia ta jest stale rozwijana i usprawniana o nowe możliwości. 

Nieco zapomnianym i pomijanym typem lasera do wycinania jest laser neodymowy, znany także jako YAG – od jego ośrodka aktywnego złożonego z itru, aluminium i granatu. Długość jego fali jest taka sama jak w przypadku laserów fiber, czyli 1064 nanometrów. Niewątpliwie zaletą tego typu urządzeń jest niska cena, ale też laser o wysokiej intensywności, który pozwala ciąć twarde materiały, np. ceramikę, czy też znakować metale, materiały emaliowane i tworzywa sztuczne. Niestety w głowicach laserowych typu YAG znajdują się drogie diody pompujące, które trzeba wymieniać co kilkanaście godzin pracy, przez co koszt utrzymania takiego urządzenia znacznie wzrasta.

Mając na uwadze ogólną charakterystykę najpopularniejszych typów laserów, można wyróżnić pięć przykładowych kryteriów wymagających uwzględnienia przy rozważaniu zakupu. Są to: koszty eksploatacji, szybkość cięcia, rodzaj ciętego materiału, moc urządzenia i dynamika pracy. Każdy zakład ma swoją specyfikę, co powoduje, że wybrany współczynnik może w znacznym stopniu rekompensować inny. Ponadto producenci oferują urządzenia tego samego typu o zróżnicowanych parametrach, dlatego każde z kryteriów warto przepuszczać przez filtr własnych, indywidualnych potrzeb. 

Koszty eksploatacji laserów

W zakresie kosztów eksploatacji zdecydowanie najlepiej wypada laser z głowicą światłowodową, który nie posiada zużywalnych części. Lasery CO₂ i YAG to urządzenia, które potrafią pochłonąć duże zasoby finansowe ze względu na wysokie koszty części zamiennych i eksploatacyjnych – zwłaszcza po dłuższym czasie użytkowania. Dodatkowym problemem w ich utrzymaniu jest fakt, że istnieje coraz mniej eksperckich serwisów, które zajmują się starszymi typami laserów YAG i CO₂, co oznacza nie tylko ograniczone wsparcie techniczne, ale i duże koszty serwisu. 

Warto zaznaczyć, że w przypadku każdego lasera znacznym, zazwyczaj nieuwzględnianym kosztem eksploatacyjnym może być konieczność przetransportowania go z zakładu do serwisu lub odwrotnie. Urządzenia te są na tyle duże i delikatne, że każda próba przeniesienia ich bądź rozmontowania generuje spore problemy. Dlatego niezależnie od typu lasera zawsze należy dbać o jego czystość i warunki, w jakich pracuje, co powinno przełożyć się na dłuższą żywotność i mniejszą awaryjność.

Jednak nawet sprawne urządzenie generuje bieżące koszty związane z jego użytkowaniem. Zawsze trzeba mieć na uwadze pobór energii, który w przypadku laserów przemysłowych jest duży. Na tym polu fiber także wypada najlepiej, ponieważ w zależności od konkretnych ustawień maszyny oszczędności w stosunku do CO₂ mogą sięgać 50%, a w niektórych przypadkach nawet 70%¹. Co ciekawe, konkurencyjny dla światłowodu pod względem kosztów energii okazuje się laser YAG, który zużywa nieznacznie więcej prądu od niego, a jest zdecydowanie tańszy. 

MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE

Rozdzielanie i łączenie

Od czego zależy prędkość cięcia laserem fiber?

Prędkość 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?

Szybkość cięcia laserem

Analizując szybkość cięcia, nie warto kierować się tylko suchymi danymi o mocach przerobowych wycinarki. Zwiększenie prędkości wycinania nie zawsze zagwarantuje przyspieszenie samego procesu, ponieważ wszystko zależy od stopnia skomplikowania obrabianego wzoru. Jeśli znajduje się na nim wiele kształtów geometrycznych i zagięć, to bardziej wydajny będzie laser o większym przyspieszeniu niż ten, który zapewnia wyższą prędkość całkowitą – zanim bowiem zdąży ją osiągnąć, będzie musiał zmienić kierunek wypalania.

Najwyższą prędkość wycinania oferują z reguły wycinarki światłowodowe. Liczne testy wskazują, że laser fiber może ciąć arkusze stalowej blachy o grubości 1 mm z prędkością trzy razy większą niż laser CO₂, z tym że im większa grubość arkusza, tym bardziej ta różnica się niweluje. Na poziomie materiałów o grubości większej niż 8 mm wydajność tych laserów zrównuje się i dopiero rodzaj ciętego materiału może przesądzić o większej wydajności którejś z wycinarek. Należy przy tym zaznaczyć, że fiber oferuje bardzo precyzyjne i dokładne cięcie.

Rodzaj ciętego materiału

Rodzaj ciętego materiału często może wymusić konieczność wyboru danego lasera. Jeżeli przedsiębiorca poza zleceniami standardowymi potrzebuje ciąć żywicę epoksydową, PET, szkło, papier, kauczuk, drewno i skóry, to bezkonkurencyjny może okazać się laser CO₂. Przy zastosowaniu specjalnej głowicy z gazem wspomagającym takie lasery mogą ciąć także metale. Jeśli jednak zakład nastawia się głównie na cięcie standardowych materiałów w przemyśle pod postacią stali czarnej, stali nierdzewnej, żeliwa, tytanu czy węglika, to fiber sprawdzi się lepiej niż CO₂ ze względu na możliwość cięcia materiałów odbijających światło bez ryzyka uszkodzenia samego urządzenia. Tworzywa sztuczne (poza PET i żywicami fenolowymi), ceramika czy węgiel ponadto także nie stanowią problemu dla światłowodu – tak samo jak i dla YAG. 

Moc lasera

Dostosowując moc lasera, trzeba pamiętać, że urządzenia te są przeznaczone przede wszystkim do cięcia materiałów cienkich – poniżej 20 mm. Próba zrekompensowania niedoborów technologii laserowej, tak by cięła grube materiały podobnie jak wycinarki plazmowe czy tlenowe, poprzez zwiększenie mocy lasera może okazać się bardzo nieekonomiczna. Z drugiej strony nie warto też ograniczać się do kupna lasera oferującego tylko taką moc, jaka jest w danym momencie potrzebna. Może się bowiem okazać, że przyszłe zlecenia wymagać będą cięcia innego rodzaju materiału. Gdyby nawet tak się nie stało, to większa moc oznacza większą szybkość i dokładność cięcia. 

Jeśli w konkretnym przypadku moc lasera nie ma kluczowego znaczenia, warto zastanowić się nad rozmiarem urządzenia – im większe, tym większą ilość materiału jest w stanie przerobić, a do tego łatwiej będzie zmodernizować w przyszłości sam laser. Samo ustawienie lasera najlepiej jest korygować w trakcie pracy, próbując znaleźć balans między poborem energii a wydajnością.

Dynamika pracy

Wszystkie informacje zebrane na papierze powinny przekładać się na praktykę. Aby się przekonać, czy dane urządzenie faktycznie zapewnia odpowiednią dynamikę pracy, warto przeprowadzić próby cięcia na miejscu u producenta. Najlepiej oczywiście samemu przygotować materiały i być obecnym podczas procesu, – a nawet – jeśli to możliwe – samodzielnie go przeprowadzić, żeby „poczuć” maszynę i jej obsługę. Podczas analizy szczególnie warto zwrócić uwagę na wielkość i częstotliwość występowania wszelkich zniekształceń, dlatego też model przygotowany do testowego wycięcia powinien być jak najbardziej wymagający.

Przed zakupem dobrze jest też zapoznać się z oferowanym przez producenta oprogramowaniem maszyny. Najlepiej aby było nieskomplikowane w obsłudze i dawało możliwość przynajmniej częściowo bezosobowej obsługi maszyny. Brak konieczności angażowania pracownika w proces wycinania może być ważnym czynnikiem, który zrekompensuje w pewnym stopniu wyższe koszty poboru energii czy serwisowania. 

W ogólnym rozrachunku najbardziej opłacalnym typem lasera wydaje się laser światłowodowy, który jest nowoczesny i wszechstronny, jednak konkretne potrzeby produkcyjne mogą stawiać przed urządzeniem specyficzne wymagania, na które lepszą odpowiedzą może się okazać laser CO₂ lub YAG. 

----------

1 Zgodnie z danymi magazynu „FAB Shop Magazine Direct” godzina pracy lasera CO₂ kosztuje 12,73 dolarów, a lasera światłowodowego o tej samej mocy – 6,24 dolarów.