Przyszłość technologii cięcia laserowego blach
Cięcie laserem zmieniło się również w ciągu ostatnich kilku dekad. Najpierw były lasery CO2. Te panowały przez kilka dziesięcioleci, dopóki nowicjusz nie wszedł na scenę w postaci laserów światłowodowych.
Zarówno lasery CO2, jak i lasery światłowodowe mają swoje zalety i wady - CO2 jest często postrzegany jako laser uniwersalny, ale czasami brakuje mu prędkości, podczas gdy światłowód jest na ogół szybszy, ale uderza w barierę podczas cięcia grubszych materiałów. Dopiero niedawno przemysł widział, że lasery światłowodowe zaczynają doganiać CO2 pod względem grubości materiału (patrz nasz artykuł z marca 2014 r. „Następny krok w cięciu laserem światłowodowym”).
Teraz producenci OEM pracują nad następną generacją laserowych systemów cięcia wykorzystujących nowy typ lasera zwany laserem z diodą bezpośrednią. Jednak obecnie dostępny jest tylko jeden laser z diodą bezpośrednią, który jest zdolny do cięcia stali. Na razie większość systemów laserów diodowych jest wykorzystywana w takich operacjach, jak obróbka cieplna i okładziny.
Według Coherent, HighLight 10000D, część linii Highlight D-Series źródeł laserowych z diodą bezpośrednią, zapewnia moc do 10 kW diody bezpośredniej przy 975 nm.
Zapytany o wyjaśnienie, czym dokładnie są lasery diodowe, Frank Gaebler, starszy kierownik ds. Marketingu produktów w CO2 Lasers w Coherent, Inc., mówi: „Prawdopodobnie masz już jednego siedzącego w odległości kilku stóp od ciebie, jeśli masz komputer z odtwarzaczem CD, DVD lub Blu-Ray.
„Jest to urządzenie półprzewodnikowe, które w odpowiednich warunkach emituje światło laserowe, a nie niespójne światło, jak w przypadku diody LED, co oznacza, że może być ono skupione w znacznie ciaśniejszym miejscu”.
Gaebler dodaje, że najważniejsze jest to, że lasery z diodą bezpośrednią są bardzo wydajne elektrycznie.
„Dla ilości energii elektrycznej, którą wkładasz, uzyskasz sporą ilość mocy optycznej” - wyjaśnia. „Kontrastuje to z większością innych typów laserów, w których możesz uzyskać tylko kilka procent wydajności konwersji - wkładasz dużo energii, a otrzymujesz dość małą ilość światła”.
Obudowa została spawana przy użyciu lasera z diodą bezpośrednią.
Tracey Ryba, Product Manager ds. Laserów w TRUMPF North America, wyjaśnia, co sprawia, że lasery diodowe są tak różne.
„Bez względu na technologię laserową, o której mówisz, mają te same trzy składniki: aktywne medium, wzbudzenie i wnękę optyczną”, mówi. „Zazwyczaj w ciągu ostatnich 10 lat diody były używane do pompowania lasera światłowodowego lub laserowego, ale wraz ze zmianą technologii zaobserwowaliśmy eksplozję technologii diodowej w jakości wiązki lub jasności diody. To znacznie się poprawiło, dzięki czemu możemy teraz pobrać te diody pomp i połączyć je w włókna. W ten sposób nie będziesz już aktywnie pompować medium.
„Dzięki CO2 używasz energii elektrycznej do pompowania gazu; z włóknem i dyskiem używasz diod do pompowania; a teraz jesteśmy w stanie zabrać tę diodę, która pompowała te media, wziąć światło diody i połączyć ją bezpośrednio z włóknem i dostarczyć do obrabianego przedmiotu. To naprawdę ewolucja technologii diodowej w ciągu ostatnich pięciu lub siedmiu lat; zmieniło to krajobraz ”. Innymi słowy, lasery z diodą bezpośrednią odcinają pośrednika, a dzięki temu oferują znacznie wyższe wskaźniki wydajności.
„Jeśli patrzysz na lasery CO2, oferują one około 10-procentową wydajność wtyczki ściennej” - mówi Ryba. „Lasery światłowodowe i dyskowe są o około 30% wydajniejsze od wtyczek ściennych, a lasery diodowe są obecnie około 40% wydajne i prawdopodobnie zbliżają się do 50% w nadchodzących latach. W przypadku laserów diodowych zasadniczo usuwasz części lasera, a ty właśnie używasz części pompy, więc staje się to bardzo wydajnym procesem. ”
Wraz ze zwiększoną wydajnością wtyczek ściennych Gaebler wskazuje również, że lasery diodowe generują mniej ciepła. „Dla kontrastu, w przypadku laserów CO2 trzeba mieć wodę i chłodzenie, a urządzenia chłodzące są większe i bardziej złożone niż sam laser, ponieważ trzeba usunąć całe to ciepło - to ciepło falowe, które powstaje z powodu nieskuteczności konwersja z elektryczności na światło. ”
Według TRUMPF, TruDiode 6006 zapewnia 6000 W mocy przy długości fali 920-1040 nm i jest przeznaczony do lutowania laserowego, spawania głębokiego, spawania przewodowego i spawania laserowego tworzyw sztucznych.
Obecnie główne zastosowania laserów z diodą bezpośrednią to obróbka cieplna i okładzina, a dla obu tych procesów lasery z diodą bezpośrednią są niezwykle przydatne. Biorąc pod uwagę ich unikalne właściwości, pozwalają użytkownikom na selektywne podgrzewanie materiału, z którym pracują.
Gaebler podaje przykład obróbki cieplnej. „Za pomocą tej wiązki lasera można ogrzać ząb zębaty, krawędź narzędzia lub coś podobnego, a nagrzewa się tylko te pierwsze kilka mikronów, zwłaszcza że jest on stosunkowo dobrze pochłaniany. Nie zniekształcasz tej części, a drugą rzeczą jest to, że podgrzewasz ją tak selektywnie, jak tylko wyłączasz laser, powietrze zazwyczaj go gasi. Zwykle nie wymaga się żadnego aktywnego gaszenia. Wyeliminowałeś wszystkie dodatkowe kroki. Jest wybuchowy laserem, twardnieje dokładnie w miejscu, które chcesz, i nic więcej, i boom, skończyłeś. Ogólnie rzecz biorąc, wymagane jest minimalne lub żadne przetwarzanie końcowe. To ogromna zaleta. ”
Biorąc pod uwagę wszystkie zalety laserów diodowych, można się zastanawiać, dlaczego nie są one jeszcze używane do cięcia blach. Odpowiedź jest taka, że prawie we wszystkich przypadkach lasery z diodą bezpośrednią nie są w stanie uzyskać jasności niezbędnej do operacji cięcia.
„Wszyscy pracują nad tym jako ostatecznym celem. Nie tylko TRUMPF, ale wszystkie firmy - mówi Ryba. „Jesteśmy już w stanie zrobić to w środowisku laboratoryjnym, więc teraz jest to tylko poziom przemysłowy. Technologia poprawiła uzyskiwanie wyższej jasności diod. Ta technologia zmienia się co roku, a wraz z rozwojem technologii wprowadzamy ją na rynek ”.
Ryba przewiduje, że sklepy z ofertą pracy mogą zobaczyć lasery z diodą bezpośrednią zdolne do cięcia stali na rynku w ciągu najbliższych pięciu lat. Może się nawet zdarzyć znacznie wcześniej, ale w każdym razie następne kilka lat będzie bardzo interesujące dla technologii cięcia laserowego, a krajobraz ma zostać zrewolucjonizowany.
