Hogyan válasszon lézeres vágógépet kis sorozatú fémfeldolgozáshoz?

Fiber és CO2 Lézeres vágógépek : A technológia illesztése a fémhez és a darabszámhoz

Miért dominálják a fiber lézerek a kis sorozatú fémvágást: hatékonyság, visszatükröződés-kezelés és kis helyigény

Szál a lézervágók igazán kiválnak kis mennyiségű fémdarabok feldolgozása esetén. Ezek a gépek szilárdtest felépítésűek, így lényegesen hatékonyabbak a hagyományos gázzal működtetett CO2 rendszereknél, gyakran akár körülbelül 35% vagy több villamosenergia-költséget is megspórolva. Egy nagy előnyük, hogy kezelni tudják visszatükröződést okozó anyagokat, mint például a réz és az alumínium, anélkül, hogy károsodás következne be a bosszantó visszaverődések miatt, így nincs szükség extra költségekre speciális antireflexiós bevonatokra a lencséken. Emellett ezek a lézerek lényegesen kevesebb helyet foglalnak el a gyártóhelyiség padlóján, néha majdnem a felére csökkentve a szükséges alapterületet, ami szűk műhelykörülmények között különösen fontos. Vékonyabb, 6 mm-nél vékonyabb acéllapok esetében a szálas lézerek általában körülbelül 30%-kal gyorsabban vágnak anyagon, ami azt jelenti, hogy a prototípusok hamarabb elkészülnek, és a gyártási sorozatok is gyorsabban leadhatók.

Ahol a CO2 lézerek még mindig aktuálisak: hibrid anyagok és vastagfémes kivételek

Még mindig vannak olyan helyzetek, amikor a CO2-lézerek indokoltak, annak ellenére, hogy újabb alternatívák is léteznek. Az egyik ilyen eset akkor merül fel, amikor nem csupán fém, hanem más anyagokkal kevert anyagokkal kell dolgozni. Vegyük például a gumival kötött fém tömítéseket. A CO2-lézer jobban elnyelődik ezek nem fémes alkotórészein, mint amit a szálas lézerek képesek elérni. Egy másik eset a nagyon vastag, 15 mm feletti szerkezeti acéllemezekkel való munkavégzés. Itt a CO2-lézer körülbelül 10,6 mikronos hosszabb hullámhossza jelentős különbséget jelent. A vágások egyenesebbek, és az élek sokkal kisebb mértékű keskenyedést mutatnak, ami különösen fontos a teherbírás szempontjából. A hőmérsékleti problémák is szerepet játszanak. Hosszú ideig tartó műveletek során vastag lemezeknél a CO2-rendszerek hajlamosak órákon át konzisztensen működni, anélkül hogy eltérnének a pályájukról, ami időnként előfordul a szálas lézereknél, ha túlmelegednek.

A „csak szálas” mítosz cáfolata: rugalmasság vegyes anyagú prototípusgyártási környezetekben

Az, hogy mi működik a legjobban, valójában inkább azon múlik, hogy milyen anyagokat használnak napi szinten, semmint azon, hogy követnek-e egy adott technológiai trendet. Azok a műhelyek, amelyek gyakran váltanak különböző anyagok között, például repülőgépek prototípusainak készítése során alumínium alkatrészek, titán komponensek és kompozitanyagok esetében, gyakran úgy találják, érdemes mindkét lézeres rendszert üzemben tartani. A szálas lézerek kiválóak, ha gyors változtatásokat kell végezni fémalkatrészeknél, de amikor például egy akril sablonra vagy egy szigetelő polimer alkatrészre van szükség, akkor az üzemben lévő CO2-es rendszer megkönnyíti a dolgokat, és nem kell külső beszállítókra várni. Ezen dolgokat nyomon követő FMA jelentései szerint a két technológia kombinálása körülbelül 22%-kal csökkenti a várakozási időt összetett szerkezetek esetében. Ilyen sebességkülönbség idővel jelentősen megnő az elfoglalt gyártási környezetekben.

A lézerteljesítmény méretezése az anyagvastagsághoz és a tételnagysághoz

1–6 kW-os teljesítmény igazítása a gyakori fémekhez: acél, rozsdamentes acél, alumínium, réz és sárgaréz

A megfelelő lézer teljesítményének kiválasztása azzal kezdődik, hogy megvizsgáljuk, milyen anyaggal dolgozunk és milyen vastag. A nem tükröződő széntartalmú acél, amely 4 mm alatti, általában jól működik 1 és 2 kW közötti lézerekkel. Nehezebb a helyzet a 6 mm-es korrózióálló acéllal, ráadásul az ilyen fényes fémek, mint az alumínium és a réz, körülbelül 3–4 kW-ot igényelnek, mivel erősen visszaverik a fényt, és másképp vezetik a hőt. 10–20 mm-es vastagabb darabok esetén a 4–6 kW-os teljesítményre való feljutás segít a jó vágási minőség fenntartásában. Figyelni kell azonban a rézre és a sárgarézre, mivel ezek a fémek körülbelül 20–30 százalékkal több energiát fogyasztanak, mint az acél hasonló vastagságú darabjai, mivel kevésbé hatékonyan tartják meg az energiát. A teljesítménybeállítások és az anyagok reakciói közötti egyensúly megtalálása az, ami különbséget jelent a maradék salak, a nem kívánt oxidációs foltok vagy a nem teljesen elválasztott vágások elkerülésében.

A magas teljesítmény csökkenő hozadéka: miért gyakran teljesít jobban 3 kW, mint 6 kW vékony lemezek és alacsony mennyiségű sorozatok esetén

Vastag fémekkel dolgozva ezek a hatékony 6 kW-os lézerek elég jól végzik a munkát, bár vékonyabb, három milliméternél kisebb anyagok esetén gyakran sok energiát pazarolnak. Egy 3 kW-os modellre váltva a vékony lemezeket ugyanolyan gyorsan vágják át, miközben kb. 25–30 százalékkal csökkentik az áramköltségeket. Van egy további előny is: az alacsonyabb teljesítmény kevesebb hőt juttat a környező fémterületre, így a kritikus alkatrészek megőrzik szerkezeti tulajdonságaikat a vágás után. Az ötven darabnál kisebb sorozatokat gyártó műhelyek idővel jelentős költségmegtakarítást észlelhetnek, például kevesebb segédgáz felhasználásából és a karbantartási ellenőrzések sokkal ritkább szükségességéből adódóan. Emellett a közepes teljesítményű berendezések rugalmasságot biztosítanak a megrendelési gyártásban, lehetővé téve a gyorsabb indítást fúrási műveleteknél, és megkönnyítve a különböző alkatrész-típusok közötti váltást anélkül, hogy jelentős termelékenységveszteség lépne fel.

Pontosság és élszegély-minőség elérése összetett, kis sorozatú geometriák esetén

A vágási rés szélességének, a lejtésnek és a hőhatású zóna (HAZ) kezelése pontos tűréshatárok melletti prototípusokhoz

A pontosság elérése kis sorozatú prototípusoknál három fő tényező együttes kezelésétől függ: a vágás szélessége (vágási rés), a lejtés szöge és a vágás körüli hőhatású terület mérete. Olyan alkatrészek esetében, amelyeknél szoros tűréshatárok szükségesek, például +/- 0,1 mm, ami az űrrepülési alkatrészek vagy orvosi eszközök esetében általános, a mai szálas lézerrendszerek akár 0,1 mm széles vágást is képesek végezni 3 mm vastag rozsdamentes acélban is. A lejtés 0,5 fok alatt marad köszönhetően a vágás közben állítható fókusztartománynak. Emellett nagy jelentősége van annak is, ha az oxigén helyett nitrogént használnak segédgázként: ez körülbelül 70%-kal csökkenti a hőhatású zónát. Ez különösen fontos a titánötvözetek esetében, ahol a vágás utáni fáradási szilárdság megőrzése elengedhetetlen a hosszú távú teljesítményhez.

Az adaptív szoftver kompenzálja a vágási rés eltolódását összetett vágások során, így éles belső sarkok és mikronos pontosság érhető el. Az impulzusfrekvencia finomhangolása megakadályozza a salak képződését vékony fémeken, míg az optimalizált fúrási technikák kiküszöbölik a mikrotöréseket rézötvözeteknél, lehetővé téve, hogy alacsony mennyiségű lézervágás is megvalósítható megoldássá váljon kritikus fontosságú prototípusokhoz.

Automatizálás és szoftver optimalizálása időszakos, kis sorozatú gyártáshoz

Munkafolyamatok egyszerűsítése: daraboló szoftver, CAD/CAM integráció és egykattintásos beállítás tíz alatti alkatrészből álló sorozatokhoz

Amikor időnként kis sorozatban gyártanak fém alkatrészeket, a lézervágóknak speciális szoftverre van szükségük ahhoz, hogy a lehető legtöbbet hozzanak ki az eszközből, miközben csökkentik az alkatrészre jutó költségeket. A mai napig elérhető kompozíciós programok igen intelligensen helyezik el az alkatrészeket a lemezanyagon, így jelentősen csökkentve a hulladékmennyiséget, még akkor is, ha egyszerre csak néhány darab készül. Egyes műhelyek körülbelül 20%-os anyagtakarékosságról számolnak be ezzel kapcsolatban. A tervek CAD-ből CAM-re való átvitele ma már zökkenőmentesen működik, így nincs szükség az összetett formák gépre való manuális újrabevitelére. Egyszerűen importálja a fájlt, és indulhat a munka. Nézzük meg a beállítási időket is. Egyetlen kattintással a kezelők visszahívhatják a korábbi beállításokat, ami órákat spórol meg a feladatok közötti paraméterek átállítására szánt időből. Tíz darabnál kisebb sorozatok esetén ez hatalmas különbséget jelent. Mindez az automatizálás hozzájárul ahhoz, hogy a tételenkénti minőség jó maradjon, a termékek gyorsabban kikerüljenek, és a kisebb műhelyek versenyképes áron is tudjanak küzdeni, anélkül hogy pontosságból vagy egységességből engednének az alkatrészek között.

GYIK szekció

Milyen előnyei vannak a szálas lézervágóknak a CO2 rendszerekkel szemben?

A szálas lézervágók hatékonyabbak, jobban kezelik a visszaverődő anyagokat sérülés nélkül, és kisebb helyigényűek, mint a CO2 rendszerek. Emellett gyorsabban vágnak vékonyabb acéllapokon.

Mely esetekben részesítik még mindig előnybe a CO2 lézerrendszereket?

A CO2 lézereket olyan anyagoknál részesítik előnybe, amelyek nem fémből álló komponenseket is tartalmaznak, például gumival bevont fém tömítéseknél, valamint 15 mm-nél vastagabb szerkezeti acélnál, ahol hosszabb hullámhosszuk jobb minőségű vágást eredményez.

Hogyan befolyásolja a lézer teljesítménye a vágást?

A lézerteljesítményt az anyag típusához és vastagságához kell igazítani. Alacsonyabb teljesítmény elegendő a vékonyabb anyagokhoz, csökkentve a költségeket és a hőátadást, míg vastagabb anyagokhoz magasabb teljesítmény szükséges.

Miért előnyös a szálas és a CO2 lézerrendszerek kombinálása?

A két rendszer együttes alkalmazása nagyobb rugalmasságot biztosít azoknak a műhelyeknek, amelyek különféle anyagokkal dolgoznak, felgyorsítja az összetett szerkezetek készítését, és lehetővé teszi a különböző alkatrészek prototípusainak gyártását kiszervezés nélkül.

Hogyan optimalizálható a kis sorozatú gyártás automatizálással és szoftverekkel?

A beágyazó szoftverek, a CAD/CAM integráció és az automatizált beállítás időt takarítanak meg, csökkentik az anyagpazarlást, és leegyszerűsítik a munkafolyamatokat, javítva az hatékonyságot, és lehetővé teszik a kisebb műhelyek számára, hogy versenyképesek maradjanak.