EN
Металл лазерийн хайчлах технологийг ойлгох
Металлын боловсруулалтанд утасны лазерийн төхөөрөмжүүд хэрхэн ажилладаг вэ
Утас лазер огтлох машин энэ нь тусгай боловсруулсан оптик кабел ашиглан ойролцоогоор 1,064 нанометр урттай хүчтэй цацраг үүсгэдэг. Энэ тодорхой долгионы урт нь ихэнх металлуудаар сайн шингээгддэг тул таслах үйлдэлд үр дүнтэй ажилладаг. Уламжлалт CO2 лазеруудын цацрагийг удирдахад толь хэрэгтэй байдаг бол ширхэгийн системүүд гэрлийг муруйсан оптик кабеляар дамжуулдаг. Энэ тохируулга нь жинхэндээ хуучин арга замаас ойролцоогоор 40% бага энергийн алдагдал гаргаж, их хэмжээний цахилгаан хэмнэдэг. Эдгээр лазерууд илүү өндөр үр ашгийг хангаснаар материал түргэн таслагддаг. Жишээ нь, 3 мм зэвэрдэггүй сталийг зөвхөн хоёр секундын дотор нэвтрүүлж чаддаг. CO2 системээс ширхэгийн лазерт шилжих үед энерги зарцуулалт ойролцоогоор 30% буурдаг. Өнөө үед 6 кВт-ын ширхэгийн лазер ч 25 мм-ийн энгийн хөнгөн цагаан ганг метр/минут хурдаар тасалж, хэмжилтийн нарийвчлалыг миллиметрийн зууны нэг хэсэгт хадгалж чаддаг. Ийм нарийвчлал нь үйлдвэрлэлд тогтвортой чанар шаардлагатай орчинд маш чухал ач холбогдолтой.
CO2, Шилэн ширхэг, Хатан лазерын шинж чанарын харьцуулалт
| Параметр | CO2 лазер | Шилэн лазер | Хатан лазер |
|---|---|---|---|
| Чадлын үр ашгийн хэрэглээ | 8-12% | 30-35% | 25-28% |
| Хадgalах | 7 хоног тутамд толь солих | Жил бүр диод солих | Улиралд оптик системийг шалгах |
| Огтлох хурд* | 3.0 м/мин | 5.2 м/мин | 4.8 м/мин |
| Хаядлын өргөн | 0.25-0.40 мм | 0.10-0.25 мм | 0.15-0.30 мм |
*20 мм цайр, 4 кВт системүүд
Үр дүнтэй ажиллах, хурд болон засвар үйлчилгээний шаардлагад илүү сайн нэмэр өгч чадах талаарх яриагаар бол волокон лазер CO2 ба дискэн лазерийг тодорхой давуу талтайгаар даван туулдаг. Хатуу биеийн бүтэц нь өмнөх үед бид хийдэг байсан долоо хоног тутамдаа тольнуудыг тохируулах ажлыг шаарддаггүй болгодог. Түүнчлэн эдгээр лазерууд нь өрсөлдөгчдөөсөө илүү их хэмжээгээр цахилгаан энергийг үр дүнтэй ашигладаг тул хугацаа үргэлжлэх тусам мөнгө хэмнэдэг. Дискэн лазерууд ч муу биш: тэдгээр нь харьцангуй сайн цацрагийн чанартай бөгөөд дунд зэргийн үр дүнтэй ажилладаг ч гэсэн волокон лазерийн системүүд унахгүй, тасралтгүй ажиллаж чаддаг. Үйлдвэрлэгчид тэдгээрийг өөр өөр төрлийн үйлдвэрлэлтийн байгууламжид амархан суурилуулж болох, солих шаардлага ховор гардаг, илүү их наслыг түүнд олгох боломжтой тул дуртай байдаг. Ийм учраас одоогоор ихэнх үйлдвэрүүд волокон технологийн шинэчлэл рүү шилжиж байна.
Яагаад волокон лазерийн хайчлалт модерн металл боловсруулалтыг домино жигнэж байгаа вэ
2023 оны хамгийн сүүлийн үеийн Боловсруулалтын Тоног Төхөөрөмжийн тайлангийн мэдээллээр бол шилэн ширхэгийн лазерын систем нь одоо бүх шинэ аж үйлдвэрийн суурилуулалтын ойролцоогоор 78 хувийг эзлэж байна. Яагаад гэвэл, үйлдвэрлэгчид ийм шилжилт хийж байгаагийн хэд хэдэн шалтгаан байдаг. Эхлээд л, эдгээр системүүд тасралтгүй дахин тохируулах шаардлагагүй тул зогсонги бага гарах ба урт хугацаанд илүү сайн ажиллах чадалтай. Нөгөө их давуу тал бол зэв, хүрэл зэрэг хянуурхай материалуудыг буцах отражийн дараа компонентуудыг гэмтэхгүйгээр боловсруулах чадвар юм. Энергийн үр ашигт ажиллагааны хувьд тоо мэдээлэл өөрөө их зүйл хэлж байна. Шилэн ширхэгийн лазер нь метр тутамд ердийн CO2 лазерийн зарцуулах ойролцоогоор 3.8 кВтц/м-тэй харьцуулахад ердийн дунджаар ойролцоогоор 2.1 киловатт цаг зарцуулдаг. Энэ нь масштабаар ажиллах үед цахилгааны нэлээг бараг хагасаар бууруулах боломжийг олгох учир үнэ бодит хэмнэлтэд хөрвөж байна. Үнэхээр индустрийн мэдээлэл үүнийг баталж байгаа бөгөөд шилэн ширхэгийн лазерын байгууламжууд нийт 98.5% орчимд ажиллах найдвартай байдлыг хадгалж байгаа бол CO2-ийн өөр хувилбарууд 86%-иос дээш надвартай байдлыг хүргэхэд хэцүү байна.
Лазерын чадлыг материалын төрөл, зузааныг тохируулах
Борооно байдалтайн ган, хөнгөн цагаан, энгийн гангийн лазер шаардлага
Төстэй зузаантай энгийн гангаас борооно байдалтайн ганг огтлох үед илүү их гэрэл отражилдаг, дулаан сайн дамжуулдаг тул операторууд ерөнхийдөө ойролцоогоор 25% илүү чадал шаарддаг. Хөнгөн цагаан материалаар ажиллах үед ихэнх үйлдвэрүүд нь ийм төрлийн асуудлыг зайлшгүй болгохын тулд ирмэгүүд хайлагдахын оронд цэвэр огтлолт үүсгэхийн тулд 4-6 кВ чадалтай фибэр лазер, мөн туслах хий болгон азотыг ашигладаг. Үр ашгийн талаар ярихад, огтлолтын үйл явцад энгийн ган хамгийн тохиромжтой материалын төрөл юм. Энэ нь тоогоор батлагдсан ч: индустрийн тайлангууд 3 кВ-ийн суурин систем ч 12 мм зузаан энгийн ган хавтанг хялбархан огтолж чаддаг гэж зааж өгсөн бөгөөд хурд чухал байдаг олон тооны боловсруулалтын ажлуудад энгийн ганг гол хэрэглэдэг.
Металлын зузаанаас хамаарсан тохиромжит чадлын тохиргоо
Халууны деформацийг багасгахын тулд 5 мм-ээс бага зузаан материалтай ажиллахад 3 кВт-ийн доорх лазер илүү тохиромжтой байдаг бол 15–25 мм хавтгай материалын хувьд 6–8 кВт-ийн системүүд илүү тохиромжтой. Зөвлөгдөх тохиргоо нь дараах байдлаар байна:
| Материалын зузаан | Зөвлөгдөх лазерын чадал |
|---|---|
| 1–3 мм цэвэршүүлсэн ган | 2–3 кВт |
| 5 мм хөнгөн цагаан | 4 KW |
| 10 мм энгийн ган | 3–4 кВт |
Бага зузаан хавтанг илүү их чадалтайгаар огтлох нь энерги алдагдуулдаг бөгөөд савхны ам авсаархаж 18–22%-иар (Ponemon, 2023) нас бардаг.
Металл дээр нарийвчлалтай, өндөр чанартай огтлолт хийх
Нарийвчлал нь фокусын байршил ба пульсын давтамжийг зөв тэнцвэржүүлэхээс шалтгаалдаг. Цэвэршүүлсэн ган дээр 0.5 мм-ээс бага нарийвчлалтай ажиллахдаа чадлыг бага зэрэг бууруулж, хурдыг нэмэх нь ирмэгийн бүтцийг хадгалдаг. 1,070 нм долгионы урттай үед шилэн лазер нь харь гарган лазераас илүү дамжуулагч материал огтлоход ирмэгийн чанарыг 40%-иар сайжруулдаг (AMPT, 2024) тул дамжуулагч материалд илүү тохиромжтой.
Салбарын стандарт: Лазерын ваттын чадлын хамгийн их огтлолтын зузаан
| Лазерийн амьсгал | Хярцтай төмс | Цахилгаан хэрэглэлийн ган | Алюмин |
|---|---|---|---|
| 3 KW | 15 мм | 10 мм | 8 мм |
| 6 KW | 25 мм | 18 мм | 15 мм |
| 12 Кв | 40 мм | 30 мм | 22 мм |
Эдгээр утгууд нь зузаан хэсгийг 8 м/мин-аас бага хурдтайгаар огтлох үед оновчтой тусламжийн хийн даралт болон огтлолтын хурдыг илэрхийлнэ.
Машиний ажиллагааг тодорхойлдог үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүд
Лазерын эх үүсвэрийн найдвартай байдал, ажиллах хугацаа
Лазерын эх үүсвэр нь машины гол бөгөөд үйлдвэрийн нөхцөлд өндөр чанартай ширхэг модуль 30,000–50,000 цаг ажилладаг. Хаалттай, модуль хэлбэрийн загвар нь хамгийн сайн үйлдвэрлэгчдийнхээс бохирдох эрсдэлийг бууруулж, урьдчилан сэргийлэх засварын ажил гүйцэтгэх боломжийг олгоно. Ингэснээр төлөвлөгөөгүй зогсолтыг хамгийн бага байлгадаг.
Огтлогч толгой ба цацраг дамжуулах системийн технологи
Дэвшилтэт огтлогч толгонууд нь динамик фокусын зайг удирдах (±0.5 мм нарийвчлал), мөргөлдөөнийг тэсвэрлэх чадвартай бөгөөд янз бүрийн металлууд дээр энергийн нягтыг тогтмол байлгах боломжийг олгоно. Хоёр дахь үеийн системд герметик битүүлэгдсэн оптик зам нь цацрагийг 99.8% дамжуулах үр дүнтэй байдаг бөгөөд огтлолтын тогтвортой байдлыг сайжруулж, цацрагийн чанарын алдагдлыг бууруулдаг.
Цэвэр, үр ашигтай огтлолтод зориулсан тусламжийн хийн систем
16–25 бар даралттай өндөр цэвэршилттэй хийнүүд ирмэгийн чанарт шууд нөлөөлдөг:
- Цахилгаан хэрэглэлийн ган : 20 бар даралттай азот исэлдэлтийг саатуулдаг
- Хярцтай төмс : Хүчилтөрөгч таслах хурдыг 35%-иар нэмэгдүүлдэг
- Алюмин : Хоёр даралттай систем наалдацыг бууруулж, шлак авах чанарыг сайжруулдаг
CNC Интеграц, удирдлагын системийн боломжууд
Орчин үеийн CNC системүүд нь материалын ашиглалтыг 12-18% -иар нэмэгдүүлэх хиймэл оюун ухааны хүчин чадалтай хошуулах алгоритмыг нэгтгэсэн байдаг. IoT-ийн үйл ажиллагаатай мэдрэгч нь резонатор температур, хий урсгалын хурд, туяаны тогтвортой байдлыг бодит цаг хугацаанд хянах бөгөөд урьдчилан сэргийлэх зохицуулалтыг болон үйл явцыг илүү хатуу хянах боломжийг олгодог.
Үйл ажиллагааны үр дүнг хэмжих: хурдан, үнэн зөв, автоматжуулалт
Уурхайн хурд ба материалын нягтал: Бодит дэлхийн хэмжээнүүд
6 кВт талбайн лазер нь минутын дотор 400 инч хүртэлх хурдтай 16-ийн үлэмжтэй зэсээр хасах боломжтой бол 1 инч алюминийх нь 8 10 кВт системийг ашиглаж 60 80 IPM шаарддаг. Утга болон хурд хоорондын харилцаа нь сайн баримтлагдсан:
| Материал | Зузаан | 3 кВт | 6 кВ Хурд | 12 кВ Хурд |
|---|---|---|---|---|
| Хярцтай төмс | 0.25" | 160 IPM | 290 IPM | 380 IPM |
| Цахилгаан хэрэглэлийн ган | 0.5" | 70 IPM | 135 IPM | 220 IPM |
Их чадал нь особенно тракийн материалуудыг боловсрулах үед гарцанд хамаагүй сайнаар нэмэгддэг.
Үйлдвэрлэлийн явцад нарийвчлал болон давтамжийг хангах
Дээд түвшний CNC лазерийн төхөөрөмжүүд ISO 9013 стандартын дагуу автомашиний хэсгийг үйлдвэрлэх үед 10,000+ циклд ±0.004" байршилтын нарийвчлалыг хадгалж, чийглэгчийн өндрийн хяналт нь хавтангийн муруйлтыг засаж, эхний туршлагаар 99.8% амжилтанд хүрдэг.
Үйл ажиллагааны үр ашгийг нэмэгдүүлэхийн тулд автоматжуулалт болон материал зөөх систем
Паллет солих төхөөрөмж болон роботын ангилалт нь их хэмжээний үйлдвэрлэлд зогсолтын цагийг 62%-иар бууруулдаг. 2023 оны Гар бичмэлийн технологийн судалгаагаар 8 кВт-ын ширхэг лазертой хослуулсан автоматжуулалт нь гар ачаалалтай харьцуулахад 34% илүү гарцыг өгдөг.
Тохиолдол: Дунд зэргийн хэмжээний үйлдвэрийн бүтээмжийн өсөлт
Америкийн дунд газрын нэг үйлдвэрлэгч 6 кВт-ын ширхэг лазер, автоматаар байршуулах програм хангамжид шилжсэнээр 16 мм зэвэрдэггүй сталийн боловсруулалтын зардлыг 28% бууруулсан. Жилийн гарц 850-с 1,270 тонн болтлоо нэмэгдсэн ба сайжруулсан цахилгаан хангамжийн горим нь энерги хэрэглээг 19% бууруулсан.
Ерөнхий өртгийн үнэлгээ болон урт хугацааны өртгийн үнэлгээ
Анхны хөрөнгө оруулалт болон урт хугацааны өртөг-үр ашгийн харьцаа
Анхны зардал нь таван жилийн нийт зардлын зөвхөн 25–35%-ийг эзэлдэг. Худалдан авах үнэ илүү өндөр байхаас харамгүй, 4 кВ-аас дээш чадалтай ширхэг лазер ашигладаг газрууд нь хуучин CO2 системүүдтэй харьцуулахад 24 сарын дотор деталь тус бүрийн үнийг ердийн 18%-иар бууруулдаг. Гол санхүүгийн хүчин зүйлс бол элэгдэл, засвар үйлчилгээний гэрээтэй холбоотой зардал, масштабжуулах боломж юм.
Засвар үйлчилгээний шаардлага ба дотоод дэмжлэгийн хэрэгцээ
Төлөвлөсөн засвар үйлчилгээ нь жилийн үйл ажиллагааны зардлын 9–12%-ийг эзэлдэг. Баталгаажсан техникчгүй газрууд линз солих эсвэл тэнхлэгийн тохируулга хийх үед доогуур 47%-иар илүү удаан зогсох тулгардаг. Шилдэг үйл ажиллагааны газрууд долоо хоногт нэг удаа цацрагийн шалгалт хийдэг, савхны цэвэрлэгээг автомжуулдаг, оптикийн тоног төхөөрөмжтэй ажиллах ажилтнуудыг олон чиглэлээр сургаж, өндөр үзүүлэлтэд хүрэхийг хангана.
Цахилгаан хэрэглээ ба хэрэглэгдэх зүйлс: Үргэлжид гарах зардал
Ширхэг лазер нь CO2 системүүдтэй харьцуулахад хэсэг тус бүрт 30% бага энерги хэрэглэдэг. Азотоор тусламжийн огтлолт нь цагт зөвхөн 0.3 м³ хий хэрэглэдэг. Жилийн ихэвчлэн гарах зардалд дараах зүйлс орно:
| Компонент | Жилийн зардлын хүрээ |
|---|---|
| Лазерын эх үүсвэрийн хөргөлт | $2,800–$4,200 |
| Огтлох савх | $1,500–$3,000 |
Өндөр чадалтай лазер: Чадавхийг өгөөжийн харьцаатай тэнцвэржүүлэх
15 кВт-аас дээш чадал бүхий системүүд нь 60% илүү үнэтэй байдаг ч том хэмжээний үйлдвэрлэлд 1" зэвэрдэггүй гангийг 2.8 дахин хурдан огтолж, нэгжийн өртгийг 34% бууруулдаг. 2023 оны үйлдвэрлэлийн судалгаанд 6 кВт-аас дээш чадал бүхий систем ашигладаг 72% компаний 18 сарын дотор хөрөнгө оруулалтаа буцааж авчээ. Ихэвчлэн гэрээтэй металл хаягдалтай ажиллах боломжийг өргөтгөснөөр энэ боломжийг олгодог.
Түгээмэл асуулт
Шилэн шүүлтүүрт лазераар огтлох нь CO2 лазераар огтлохоос юугаараа илүү вэ?
Шилэн шүүлтүүрт лазераар огтлох нь CO2 лазераас илүү үр ашигтай, засвар үйлчилгээний шаардлага бага, огтлох хурд илүү их, энерги хэрэглээ илүү сайн байдаг тул илүү дуртай. Мөн энэ нь зэвсэг, цагаан алт зэрэг тусгал өгч чадах материалыг илүү сайн хэрэглэдэг.
Ялгаатай металлыг огтлохын тулд хичнээн чадал шаардлагатай вэ?
Чадлын шаардлага нь металлын төрөл, зузаангаас хамаарч өөр өөр байдаг. Жишээ нь, 5 мм хүртэлх зузааны нарийн материалуудыг ≤3 кВт-ын лазероор огтолгоно, харин илүү зузаан материалд 15–25 мм-ийн хальсны хувьд 6–8 кВт зэрэг илүү өндөр чадал шаардлагатай.
Шилэн шүүлтүүрт лазерын эх үүсвэрийн дундаж амьдрал хугацаа хэд вэ?
Өндөр чанартай ширхэг модулиуд нь бохирдох эрсдэлийг хамгийн бага болгох зорилгоор битүү тагласан, модуль хэлбэртэйгээр зохион байгуулагддаг бөгөөд аж үйлдвэрийн нөхцөлд ихэвчлэн 30,000-50,000 цаг ажилладаг.
Цэвэр хийнүүд огтлох процессыг хэрхэн нөлөөлөх вэ?
Цэвэр хийнүүд нь огтлох явцад ирмэгийн чанарыг сайжруулдаг. Жишээ нь, 20 бар даралттай азот нержавейка ган дээрх исэлдэлтийг саатуулдаг бол хялбар ган дээрх хурдыг 35%-иар нэмэгдүүлдэг.