Ako vybrať laserové rezačky pre kovové práce v malých sériách?

Vláknové vs. CO2 Laserové rezacie stroje : Priradenie technológie k druhu kovu a objemu

Prečo vláknové lasery dominujú pri rezaní kovov malých sérií: efektivita, spracovanie odrazivosti a veľkosť plochy

Vlákno laserové rezačky skutočne vynikajú pri práci s malými množstvami kovových súčiastok. Tieto stroje majú pevnú konštrukciu, ktorá ich robí oveľa efektívnejšími v porovnaní s tradičnými CO2 systémami so spaľovacím pohonom, často šetria približne 35 % alebo viac na účtoch za elektrinu. Jednou veľkou výhodou je, že bezpečne spracovávajú odrazné materiály ako meď a hliník, a to bez poškodenia spôsobeného týmito otravnými spätnými odrazmi, takže nie je potrebné navyše minúť peniaze na špeciálne protiodrazové povlaky objektívov. Navyše tieto lasery zaberiejú na výrobe výrazne menej miesta, niekedy skracujú potrebnú plochu až o polovicu, čo je veľmi dôležité v tesných dielniach. Pri práci s tenkými oceľovými plechmi s hrúbkou pod 6 mm režú vláknové lasery materiál zvyčajne o 30 % rýchlejšie ako staršie CO2 modely, čo znamená, že prototypy sú dokončené rýchlejšie a výrobné série sa dajú odovzdať skôr.

Kedy sú CO2 lasery stále relevantné: hybridné materiály a výnimky pri hrubom kove

Stále existujú situácie, keď má použitie CO2 laserov zmysel napriek novším alternatívam. Jednou z nich je práca s materiálmi, ktoré pozostávajú nie len z kovu, ale obsahujú aj iné zmiešané zložky. Vezmime si napríklad tesnenia z kovu spojeného s gumou. CO2 laser je týmito nemetalickými časťami lepšie pohlcovaný v porovnaní s tým, čo dokážu vláknové lasery. Ďalšou situáciou je práca s veľmi hrubými konštrukčnými oceľovými platňami s hrúbkou vyššou ako 15 mm. V tomto prípade má dĺžka vlny CO2 laseru približne 10,6 mikrometra skutočný význam. Rezy sú rovnejšie a okraje majú výrazne menšie zaškvrnenie, čo je dôležité najmä u súčiastok, ktoré musia správne prenášať zaťaženie. Zohľadniť treba aj tepelné problémy. Pri dlhých operáciách na hrubých platniach sa CO2 systémy zachovávajú stabilné hodiny bez toho, aby sa odchyľovali od kurzu, na rozdiel od vláknových laserov, ktoré sa niekedy pri prehriatí začnú odchyľovať.

Rozbíjanie mýtu o 'výlučnom používaní vláknových laserov': flexibilita v prostrediach pre prototypovanie zmiešaných materiálov

Čo funguje najlepšie, závisí skôr od druhu materiálov, ktoré sa bežne používajú, než od slepého nasledovania technologických trendov. Dielne, ktoré často prepínajú medzi rôznymi materiálmi, napríklad pri výrobe prototypov súčastí pre lietadlá z hliníka, titanových komponentov alebo kompozitných materiálov, často zisťujú, že je rozumné mať spustené obe laserové systémy súčasne. Vláknové lasery sú výborné na rýchle úpravy kovových dielcov, no keď je potrebná akrylátová šablóna alebo niektorý izolačný polymérny diel, prítomnosť CO2 systému na mieste ušetrí veľa starostí namiesto čakania na externých dodávateľov. Podľa niektorých správ od FMA, ktorí tieto veci sledujú, kombinácia oboch technológií skracuje čakacie doby približne o 22 % pri zložitých konštrukciách. Takýto rozdiel v rýchlosti sa v priebehu času v rušných výrobných prostrediach výrazne prejaví.

Prispôsobenie výkonu lasera hrúbke materiálu a požiadavkám dávky

Priradenie výstupu 1–6 kW k bežným kovom: oceľ, nehrdzavejúca oceľ, hliník, meď a mosadz

Získanie správnej laserovej energie začína tým, že sa pozrieme na druh materiálu, s ktorým pracujeme, a na jeho hrúbku. Uhlíková oceľ, ktorá nie je odrazivá a má hrúbku pod 4 mm, sa zvyčajne dobre spracováva laserom s výkonom 1 až 2 kW. U nerezovej ocele hrubej až 6 mm je to už zložitejšie, rovnako ako u lesklých kovov, ako je hliník a meď, ktoré potrebujú približne 3 až 4 kW, pretože veľmi odrážajú svetlo a inak vedú teplo. Pri hrubších materiáloch s hrúbkou 10 až 20 mm pomáha zvýšenie výkonu na 4 až 6 kW udržať dobrú kvalitu rezania. Musíme však dávať pozor na meď a mosadz, pretože tieto kovy spotrebujú približne o 20 až 30 percent viac energie v porovnaní s bežnou oceľou pri podobnej hrúbke, keďže nedokážu energiu tak efektívne udržať. Nájdenie rovnováhy medzi nastavením výkonu a reakciou materiálov robí veľký rozdiel pri predchádzaní problémom, ako je zvyšná struska, nežiaduce miesta oxidácie alebo rezy, ktoré nie sú úplne oddelené.

Klesajúci výnos pri vysokej spotrebe: prečo 3 kW často dosahuje lepší výkon ako 6 kW pri tenkostenných, nízkodávkových prevádzkach

Pri práci s hrubými kovmi tieto výkonné 6 kW lasery vykonajú prácu dostatočne dobre, hoci pri tenších materiáloch hrubých tri milimetre alebo menej zvyknú plytvať veľa energie. Prepnutie na model s výkonom 3 kW v skutočnosti reže tenké plechy rovnako rýchlo, no ušetrí približne 25 až 30 percent nákladov na elektrinu. Existuje však aj ďalšia výhoda: nižší výkon znamená, že do okolitého kovového priestoru sa prenáša menej tepla, takže dôležité komponenty po rezaní zachovajú svoje štrukturálne vlastnosti. Dielne spracúvajúce menšie série pod päťdesiat kusov si v priebehu času všimnú skutočné úspory, a to napríklad vďaka nižšiemu používaniu asistenčného plynu a omnoho zriedkavejším údržbovým kontrolám. Navyše stredná trieda zariadení prináša flexibilitu dielniam, umožňuje rýchlejšie spustenie prepierovacích operácií a zjednodušuje prechod medzi rôznymi typmi súčiastok bez výraznej straty produktivity.

Dosiahnutie presnosti a kvality hrán pri komplexných geometriách s nízkym objemom

Riadenie šírky rezu, kuželovitosti a tepelne ovplyvnenej zóny (HAZ) pre prototypy s tesnými toleranciami

Presné dodržanie tolerancií pri malých sériách prototypov závisí od riadenia troch hlavných faktorov: šírky rezu (kerf), uhla kuželovitosti a veľkosti tepelne ovplyvnenej oblasti okolo rezu. Pri výrobe súčiastok s tesnými toleranciami, ako napríklad ± 0,1 mm, čo je bežný štandard pre letecké komponenty alebo lekársku techniku, sú dnešné systémy vláknových laserov schopné vykonať rezy široké len 0,1 mm, a to aj pri nehrdzavejúcej oceli hrubej 3 mm. Kuželovitosť zostáva pod 0,5 stupňa vďaka nastaviteľným parametrom zaostrenia počas rezania. Výmena pomocného plynu z kyslíka na dusík tiež výrazne pomáha – zníži tepelne ovplyvnenú zónu približne o 70 %. To je veľmi dôležité pri práci s titanovými zliatinami, kde je udržanie únavovej pevnosti po rezaní nevyhnutné pre dlhodobý výkon.

Adaptívny softvér kompenzuje posun rezu počas zložitých rezov, čo umožňuje ostré vnútorné rohy a presnosť na úrovni mikrometrov. Jemné ladenie frekvencie impulzov zabraňuje tvorbe strusky na tenkých kovoch, zatiaľ čo optimalizované techniky prebíjania eliminujú mikrotrhliny v meďových zliatinách, čím sa nízkokapacitné laserové rezanie stáva životaschopným riešením pre kritické prototypy.

Optimalizácia automatizácie a softvéru pre občasnú výrobu malých sérií

Zefektívnenie pracovných postupov: softvér na rozmiestňovanie, integrácia CAD/CAM a nastavenie jedným kliknutím pre dávky do 10 súčiastok

Pri práci na občasných malých sériách výroby kovových dielov potrebujú laserové rezačky špeciálny softvér, aby z nich vytvorili čo najviac a zároveň znížili náklady na kus. Dnes sú dostupné programy pre hniezdenie pomerne inteligentné, pokiaľ ide o to, ako umiestňujú komponenty na kovový list, čo výrazne znižuje materiál, ktorý sa vyrába, aj keď sa vyrába len niekoľko predmetov naraz. Niektoré obchody uvádzajú, že tak ušetria približne 20% na materiáloch. Dostať návrhy z CAD do CAM systémov funguje bez problémov v dnešnej dobe, takže nie je potrebné manuálne zadávať všetky tie komplikované tvary do stroja. Len importovať súbor a ísť. A porozprávajme sa o čase nastavenia. Jedným kliknutím môžu prevádzkovatelia vrátiť predchádzajúce nastavenia, čo šetrí hodiny obvykle strávené úpravou parametrov medzi prácami. Pre dávky menej ako desať kusov, to robí obrovský rozdiel. Táto automatizácia pomáha udržiavať dobrú kvalitu v jednotlivých šarží, vyrábať produkty rýchlejšie a umožňuje menším obchodom konkurovať v cene bez toho, aby museli robiť kompromisy s presnosťou alebo konzistenciou jednotlivých dielov.

Číslo FAQ

Aké sú výhody vláknových laserových rezacích systémov oproti CO2 systémom?

Vláknové laserové rezačky sú účinnejšie, lepšie zvládajú reflexné materiály bez poškodenia a majú menšiu priestorovú náročnosť v porovnaní so systémami CO2. Navyše sú rýchlejšie pri rezaní tenkých oceľových plechov.

V akých prípadoch sa stále uprednostňujú CO2 laserové systémy?

CO2 lasery sa uprednostňujú pri materiáloch obsahujúcich nekovové komponenty, ako napríklad gumové tesnenia viazané na kov, a pri hrubej konštrukčnej oceli nad 15 mm, kde ich dlhšia vlnová dĺžka zabezpečuje kvalitnejšie rezy.

Ako ovplyvňuje výkon laseru rezanie?

Laserový výkon musí byť prispôsobený druhu a hrúbke materiálu. Nižší výkon je vhodný pre tenšie materiály a pomáha znížiť náklady a tepelný prenos, zatiaľ čo vyšší výkon je potrebný pre hrubšie materiály.

Prečo je výhodné kombinovať vláknové a CO2 laserové systémy?

Kombinácia oboch systémov ponúka väčšiu flexibilitu pre dielne, ktoré pracujú s rôznorodými materiálmi, urýchľuje zložité výroby a umožňuje prototypovanie rôznych komponentov bez nutnosti outsovcingu.

Ako môže automatizácia a softvér optimalizovať výrobu v malých sériách?

Softvér pre rozmiestňovanie, integrácia CAD/CAM a automatická príprava šetria čas, znižujú odpad materiálu a zjednodušujú pracovné postupy, čím zvyšujú efektivitu a umožňujú malým dielňam zostať konkurencieschopnými.