Teljesítményforradalom a fiber lézereknél

Termelésnövekedés fiberlézer-vágással, alacsonyabb költségek mellett

2017. július 20., csütörtök, 06:00

Címkék: Amada AMADA LCG AJ EPL-Tech Kft. fiber fiber lézer lemezmegmunkálás lemeztechnika lemezvágás lézer lézeres vágás lézertechnológia

Több mint 30 év eltelte után a vásárolt 4-5 kW-os (néha 6 kW) teljesítményű CO2-lézerek elérték teljesítmény- és hatékonysági küszöbüket. Hozzávetőleg tizenöt évig tartott, míg a 3 kW-os CO2-eladások mindennapivá váltak, és további öt évnek kellett eltelni ahhoz, hogy a 4 kW-os gép legyen az első számú választás a gyártók körében. A nagyobb teljesítményű CO2-lézerek (6 kW vagy annál nagyobb) a 90-es évek kezdetétől már rendelkezésre álltak. Habár a nagy teljesítményű CO2-lézergépek eladási száma a 2000-es évekig lassan növekedett, az eladási számok sosem érték el a 4-5 kW-os gépekét. Ennek jó oka van. Ha megnézzük az ár-érték arányt, akkor világos, hogy miért.


Először is a CO2-lézertechnológiában óriási fejlődés ment végbe mind a fénysugárminőségben, mind az automatizálás tekintetében, de említhetjük akár a lézersugár-polarizációt, a lézersugár kollimációját vagy a jobb vezérlést is. Ezek a fejlesztések a CO2-lézereket egyre tökéletesebbé tették, és egyre felhasználóbarátabbak lettek. Az ipari megmunkálási kereslet akkoriban nem a manapság jellemző kis sorozatú, sokféle termék iránt volt, ezt a 2000-es évek válságáig nem is érezhettük. De az ipar megváltozott, és a gyártási hatékonyság tovább fejlődött. Ahogy a CO2-lézergépek fejlődtek, úgy növekedett a kereslet és az eladás. Ezzel együtt a CO2-lézergépek még mindig relatíve drágák voltak, magas energia- és karbantartási igénnyel.

A 90-es évek közepén egy erősebb elmozdulás volt látható a lézertechnológia irányába, és mire a 2000-es évek válsága beköszöntött, már a lézervágás volt a sláger. A stancológépekkel vetélkedve a lemezvágás első számú választásává vált. A gyártási szektor stratégiája egyik pillanatról a másikra megváltozott, a hatékony gyártás jelszava a „sokféleség, kis mennyiség” lett. Ez azonnali gyártást követelt, amelyben a lézergép lett a fő eszköz, mivel a lézergépek használatával a beállítási és átállási időt csökkenteni vagy mellőzni lehetett a munkák közti váltásnál. Teljesen mindegy, hogy 16 mm-es tízdarabos munkáról van szó, vagy ezer darab alkatrészt kell gyártanunk 3 mm-es alumíniumból, a lézersugár univerzális kivágó szerszám.

A 4 000–5 000 W-os teljesítmény ideális volt a vágási feladatok 99%-ára. Több ok együttes hatása lehetett, hogy miért nem a 6 000 W-os vagy annál nagyobb teljesítményű CO2-lézergépek terjedtek el jobban. Köztudott, hogy a magasabb teljesítményű gépek nagyobb sebességgel képesek tiszta vágásra nitrogénnel (N2), mint az alacsonyabb teljesítményűek. A nagyobb teljesítményű fókuszált lézersugár miatt az anyag gyorsabban megolvad, így mind a fejmozgás, mind a vágási folyamat felgyorsítható. A nitrogénnel vágott anyagok esetében a teljes gyártási folyamat gyorsabb lesz, és nincs szükség olyan utómunkálatokra, mint például a felületi oxidréteg eltávolítása a festés vagy hegesztés előtt.

 

1. ábra Az AMADA LCG AJ fiber lézer saját fejlesztésű rezonátorral már 2, 4, 6 és 9 kW-os teljesítménnyel is elérhető

A reve képződése az oxigénes (O2) vágás mindennapos mellékterméke. Vegyük példának, hogy 6 mm acélt nitrogénnel vágunk egy 6 kW-os CO2-lézergéppel és egy 4 kW-os géppel. A 4 kW-os gép megközelítően 1 500–2 000 mm/perccel fogja vágni. Míg a 6 kW-os verzió hozzávetőleg 2 800–3 000 mm/perc sebességű vágásra is képes. A jelentős sebességkülönbség mellett a nagyobb teljesítményű CO2-lézer lehetővé tette olyan vastagabb anyagok vágását, mint például vastagabb lágy és rozsdamentes acél, valamint alumínium vágását is. A fejlődési folyamatban logikus lépés lenne, ha ez a technológia még hatékonyabbá és még termelékenyebbé válna. Azonban úgy tűnik, hogy a CO2-lézergépek itt elérték a teljesítőképességük határát. A CO2-lézergépek világában a magasabb teljesítménynek ára van, és minden egyes wattérték emelésével nő a működtetés ára, az alkatrészek száma, az energiafogyasztás és az általános karbantartási szükséglet. A tőkebefektetés és az üzemeltetési költségek növekedése, vagy a hatékonyság és a megnövekedett kapacitás között választani kell. Az indoklás gyakran a rugalmasság megtartása, amely ahhoz vezet, hogy a vevőt ismételten a 4-5 kW-os teljesítményű gépek irányába terelje.

Az áttörés

Az ezredfordulótól a lézervágók uralták a lemezkivágási piacot eladási számban, megelőzve a stancológépeket, ami a mai napig tartó trend. 2005-től kezdett a fibertechnológia megjelenni a lézervágásban. A kezdetben néhány száz watt teljesítményű első gépeket 1-2 kW teljesítményűek követték. Valójában az elsődlegesen lézergépet gyártóknak nem is volt a portfóliójában fiberlézer-technológia. 2005 és 2010 között csak nagyon kevés 2 kW-os fiberlézer-gépet értékesítettek.

2. ábra Az Amada 6 kW-os LCG AJ fiberlézer-gépe közel kétszer gyorsabban tudja kivágni a 6 mm-es acéllemezt, mint a 6 kW-os CO2-lézer

Az áttörést a 2010-es Hannoveri EuroBLECH kiállítás hozta, ahol a nagyobb gépgyártók is bemutatták az új technológiát. Az Amada ezen a kiállításon elsőként mutatta be saját fejlesztésű rezonátorral ellátott 4 kW-os fiberlézer-forrását, amelyet az ultragyors, lineáris hajtású FOL-Fiber lézergépére fejlesztett ki. Ahogy egyre több gyártó kezdte el kínálni ezt a típust, és egyre több gép került a piacra, a technológia létjogosultságot szerzett. Miután ez az első akadály leküzdésre került, a fiberlézer-forradalom teljesítményforradalommá vált, félévente újabb és újabb nagyobb teljesítményű lézergépeket dobtak piacra. A 2011-es Fabtech kiállítás eredményeképpen a fiber lézer Amerikában is teret hódított. Ennek ellenére 2011-ben az összértékesítési adatoknak csak 5–10%-át tette ki a fiberlézer-értékesítés. Azonban egyre több gyártó törekedett a 4 kW felé. Hamarosan a fiberlézer-gépek értékesítése a CO2-lézergépekkel szemben drasztikusan emelkedni kezdett, 2015-ben pedig első alkalommal a fiber lézer túlszárnyalta a CO2-lézeres kivágógépek eladásait.

Az új korszak

A fiber lézerek fejlődése során az ipar megismerte a technológia által biztosított előnyöket, lehetőségeket és annak éppen aktuális határait. A fibertechnológia bemutatkozásakor elsődleges előnyként az olcsó működtetési költségeket emelték ki a CO2-lézerekkel szemben, valamint a kisebb karbantartási igényt. De ami még fontosabb, az „egyszerű” felépítésnek köszönhetően a teljesítmény növelése nem feltétlenül eredményezi a kopóeszközök, energiafogyasztás vagy karbantartási szükséglet jelentős növekedését. Valójában a teljesítménynövelés korlátozó tényezője a diódák és modulok méretezésén múlik, a fénysugár minőségének megtartásával. Ennek megvalósulásával a teljesítmény növelhető, amely gyorsabb és vastagabb lemezmegmunkálást tesz lehetővé. A jelenlegi 6 kW-os lézergépek N2 nitrogéngázzal 6 mm vastagságú acél közel kétszer gyorsabb kivágására képesek, mint egy 6 kW-os CO2-lézergép.

3. ábra A fiber lézer olyan egyedi anyagokat is képes vágni, mint a réz vagy a titánium

A fiberlézer-vágás meghatározó alternatíva olyan más vágási módszerekkel szemben, mint a plazma- vagy vízvágás, mivel fiber lézerrel hatékonyabban vághatunk vastag lemezeket, és a hullámhossz elősegíti olyan egyedi anyagok vágását is, mint a réz (3. ábra). A mai fiberlézer-gépek vágófeje csak kevés optikával és egy fúvókával rendelkezik. Egyik sem jelent magas költséget a gép élettartama alatt. Az alacsonyabb üzemeltetési költség az új generációs fiber lézerek általános képességeivel együtt vonzó alternatívává teszik a fiber lézert szinte bármely jelenlegi vágási technológiával szemben.

Milyen szempontokat vegyünk figyelembe?

Természetesen vannak óvintézkedések, amelyeket ha megteszünk, a nagy teljesítményű fiber lézerek a gyártási folyamatot kiegyensúlyozzák. A 6 kW-os fiber lézer lényegesen gyorsabb, mint a 4 és 2 kW-os fiberlézer-gép, vagy bármilyen CO2-lézer alternatíva. Többszörös termelékenységet érhetünk el a plazmavágással és vízvágással összehasonlítva. A gyorsaságnak azonban hátulütői is lehetnek. Összhangban van-e a kivágás sebességével az üzem többi része? Ennek alapján érdemes lehet újragondolni olyan folyamatokat, mint pl. az anyagmozgatás és a hajlítás. A kiegyensúlyozott termelés könnyen felborítható egy nagy teljesítményű géppel, és ez gyakran azt jelenti, hogy a következő befektetésnél lehetséges, hogy a hajlítási folyamatra kell koncentrálni, mint például az automata szerszámcserélős robotizált élhajlításra. A lézergép kiválasztásakor a megfelelő sebességű anyagkezelés és esetleg automatizmusok kiválasztása is meghatározó lehet a termelési összhang szempontjából.

4. ábra Példa: vastag lemezből készült alkatrészek fiberlézer-vágással

Összefoglalva: a nagy teljesítményű fiberlézer-gépek nagy fejlődésen mentek keresztül, és gyorsan megtalálták helyüket az iparban, aminek több oka is van. Ugyanolyan könnyen kezelhetők, mint a kisebb teljesítményű társaik. A nagyobb befektetést ellensúlyozhatja a jelentősen magasabb termelés és alacsonyabb működési költség, CO2-lézergépekhez viszonyítva nyereséges termelést folytathatunk kisebb sorozatnagyságú és változatosabb termék-összetételű rendelésállománnyal is. Nagy teljesítmény, több termelés, kevesebb költség, nagyobb rugalmasság és több nyereség – ezt mind kínálják a mai fiber lézerek a felhasználóknak.

JASON HILLENBRAND (jhillenbrand@amada.com), az Amada Amerika lézertermék managare; Buena Park, CA; www.amada.com/america.

A cikket adaptálta az EPL-TECH Kft., az Amada magyarországi képviselete.

Ügyvezető: dr. Illyés Péter

A cikket az industrial-lasers.com jelentette meg (vol31)

Keresés
Bejelentkezés / Regisztráció
Média Partnerek