Laserskæremaskiner – En omfattende guide til laserskæreenheder

Laserskærere, der engang blev betragtet som en højteknologisk løsning forbeholdt specialister, er i dag blevet en integreret del af mange industrier. Laserskæring af plader, rør og profiler anvendes i øjeblikket i både små værksteder og store produktionshaller. Indtil for nylig var markedet domineret af skærere baseret på CO2- og YAG-teknologi, men de bliver i stigende grad erstattet af fiberlaserskærere. Disse moderne maskiner giver bedre driftsparametre, højere effektivitet, energibesparelser og pålidelighed, hvilket revolutionerer laserskæringsprocessen.

Hvordan fungerer en fiberlaserskærer?

En laserskærer bruger en faststoflaser pumpet af halvlederdioder som lyskilde. Dette er en meget interessant løsning, hvor det aktive medium er en optisk fiber bestående af tre lag:

• yderste lag: fiberens polymerbeklædning har det laveste brydningsindeks, hvilket forhindrer laserstråling i at blive udsendt udenfor.

• indre beklædning: pumpebeklædningen er lavet af et materiale med et højere brydningsindeks end det ydre lag. Den indre beklædning opfører sig som et spejl, der omgiver kernen, og den multiple refleksion af strålen fra lagkanterne får lyset til gentagne gange at vende tilbage til kernen. Dette skaber en resonator, der genererer og forstærker lysstrålen.

• kerne: det indre lag dopet med sjældne jordelementer har det højeste brydningsindeks og er ansvarlig for signalspredning.

Fiberlaser genererer en lysstråle med høj energitæthed og transmitterer den via optisk fiber til skærehovedet. Her fokuseres strålen af en linse indkapslet i hovedet på overfladen af den bearbejdede del, og området, der udsættes for det ultratynde fokuspunkt, smelter og fordamper.

Fiberlaserstrålen kan fokuseres til helt ned til 1/10 af diameteren af et punkt opnået med en CO2-laser. Den mindre diameter samt meget højere lysstyrke gør det muligt for fiberlasere at opnå meget højere energitæthed - endda 100 gange højere end i tilfældet med CO2-lasere. Dette sikrer præcis skæring af materialet og giver ekstremt rene, glatte kanter med en meget smal skærespalte.

Nøglefunktioner og kapaciteter for laserskærere

Laserskærere kan opdeles i forskellige grupper afhængigt af form og type af det bearbejdede materiale, lasereffekt og graden af arbejdsautomatisering. Markedet tilbyder store maskiner med borde til skæring og trimning af store plader eller skæring af lange rør og profiler, samt billigere kompakte enheder. Sidstnævnte kan, takket være deres kompakte, lukkede kabinet og muligheden for at flytte kilden til et andet rum, optage meget lidt plads i produktionshallen.

Elementer, der bearbejdes i fiberskærere, kan være lavet af forskellige materialer såsom: rustfrit stål, blødt stål, titan, aluminium og stoffer, træ, papir, plastik og keramiske materialer, og selve materialet kan have forskellige tykkelser. Derfor er en vigtig egenskab ved en fiberskærer dens effekt. I øjeblikket er laserskærere med effekt fra 1 kW til over 20 kW tilgængelige på markedet, men på grund af omkostningerne er de mest populære enheder med effekt op til 6kW.

På grund af den høje skærehastighed for fiberlasere er vigtige elementer i skærerne systemer, der muliggør automatisering af ind- og udlæsning af materialer og fremstillede dele. Med en høj arbejdsbelastning giver løsninger som et metalpladelager, automatisk rør- og profilindlæsningssystem eller intelligent palletiseringssystem mulighed for øget effektivitet, minimerede laserskæringsomkostninger og forbedret konkurrenceevne og overskud for virksomheden.

Mange producenter tilbyder enheder med dedikerede operativsystemer og software, der muliggør design af dele og deres optimale placering på metalplader, samt programmering af skæreren og kontrol af selve enheden og dens operatører.

Der findes også fiberskærere udstyret med Wi-Fi-kommunikationssystemer, der muliggør fjernbetjening af enheden, hvilket omsættes til bedre udnyttelse af selve maskinen og højere produktionseffektivitet.

Vigtige tekniske parametre for fiberlaserskærere

Opdelingslinjer for fiberskærere svarer til parametrene for selve enhederne. I tilfælde af skærere med borde og enheder, der skærer plader i ruller, er det størrelsen af arbejdsområdet, og i fiberskærere til rør og profiler - længden af rørskæring og deres diameter.

For fiberlaserskærere er en parameter naturligvis effekten af laserkilden, som er ansvarlig for den maksimale tykkelse af den skårne plade.

Andre parametre er positioneringsnøjagtigheden af skærehovedet og nøjagtigheden af dets positionsændring, samt den maksimale fremføringshastighed for hovedet.

Grundlæggende elementer i fiberskærere

Fiberskærere er avancerede systemer, der tilbyder høj effektivitet og skærekvalitet, der ikke kun stammer fra selve fiberlaserskæringsteknologien, men også fra brugen af avancerede løsninger og maskindelsystemer:

• Laserkilde er det grundlæggende element, der er ansvarligt for driften og metoden til skæring med en fiberskærer. Fiberlasere:

  • Tilbyder høj effekttæthed og hurtig skæring på grund af det mindre fokuspunkt for laserstrålen.

  • Har flere gange større absorption takket være en kortere bølgelængde.
    Takket være høj effekttæthed og høj absorption øger de betydeligt effektiviteten og skærehastigheden.

  • Har en meget lang levetid. Den anslåede levetid for en standard fiberlaser er 100.000 timer, hvilket svarer til omkring 45 års brug.

  • Er meget energieffektive og energibesparende. Deres energieffektivitet er tre gange højere end CO2-lasere, hvilket betyder, at de forbruger mindre energi under drift end en CO2-laser i standby-tilstand.

• Stråletransmissionssystem - lysstrålen, der genereres i kilden, transmitteres til skærehovedet via et fiberoptisk system. Dette er en pålidelig og praktisk talt vedligeholdelsesfri løsning, der har elimineret mange bevægelige dele af maskinen, såsom optiske spejle, vakuumpumper, ventilatorer eller filtre, der bruges i andre typer lasere. Af denne grund er der ikke behov for planlagt udskiftning af laserforbrugsvarer i den nævnte periode på 100.000 timers kildefunktion.

• Hoved er skæreelementet i fiberskæreren. Det består af en dyse, fokuseringslinse og fokussporingssystem. Nogle skærere er også udstyret med kamerasystemer til at overvåge hovedets drift i realtid. Hovedet bevæger sig langs den programmerede skærebane med præcision og hastighed, der er blandt de grundlæggende parametre for skæreren. Ved programmering af skæreprocessen skal hovedets højde også indstilles i henhold til den type materiale, der skæres, og dets tykkelse.

• Linse - kvaliteten af laserlinsen er direkte ansvarlig for laserens udgangseffekt og effektiviteten af hele maskinen, og linser af høj kvalitet uden optiske forureninger tillader skæring af materialer med virkelig højeffektlasere. Linsen er også den mest anvendte komponent i laserskærere, samt den mest følsomme.

• Kølesystem har to hovedopgaver. Den første er køling af lasergeneratoren, som omdanner elektrisk energi til lysenergi, og hvor den resterende energi omdannes til varme. Den anden er at fjerne overskydende varme og sikre ensartet drift af laseren. Derudover sikrer kølesystemet stabil drift af stråletransmissionssystemet, forhindrer deformation og revnedannelse af linsen forårsaget af for høj temperatur. Fiberskærere bruger luft- eller vandkølingssystemer.

• CNC-system - kontrolsystemet er ansvarligt for driften af alle moduler i laserskæreren, såsom ind- og udlæsningssystemer, plade-, rør- og profilindstillingssystemer. Men dets vigtigste opgave er at kontrollere laserens udgangseffekt og styre fremføringen af skærehovedet langs X-, Y- og Z-akserne. CNC-systemet giver mulighed for at indstille skærehovedet både lodret og i en vinkel. Og efter at have udstyret skæreren med en ekstra arm er 3D-skæring og trimning også muligt. Desuden er CNC-systemet ansvarligt for stabiliteten og hastigheden af fiberskærerens drift, og dets avancerede funktioner kan effektivt forbedre præcisionen og kvaliteten af skæringen.

• Bord / Tværbjælke - laserskærere har meget høje krav til stabil drift af maskinen. Borde af høj kvalitet støbt af gråt jern eller aluminium giver høj stivhed, holdbarhed og modstandsdygtighed over for vibrationer og giver maksimal stabilitet og præcision i skæreprocessen. Store laserskærere bruger tværbjælker, som skal være karakteriseret ved passende stivhed, samtidig med fleksibilitet og styrke, der letter hurtige fremføringer af skærehovedet under skæring.

• Motor er det grundlæggende element, der er ansvarligt for fremføringerne af fiberskærerens systemer, og hvis parametre har direkte indvirkning på hastigheden og effektiviteten af produktionen samt kvaliteten af det endelige produkt. I øjeblikket anvendes stepmotorer og servodrev almindeligvis, og motortypen bør vælges i henhold til den type arbejde, som skæreren udfører.

• Damp- og forureningsfjernelsessystem - under skæreprocessen - især ved skæring af plastik - dannes der dampe og støv, der kan påvirke ikke kun kvaliteten af skæreprocessen, men også operatørernes helbred. Derfor er skærere udstyret med automatiske damp- og støvfjernelsessystemer, som ikke kun tager sig af arbejderne, der betjener enhederne i hallen, men også gør enheden miljøvenlig.

Presse, plasmaskæring, vandstråle eller laserskæring?

Stansepresser er en fremragende løsning til skæring af materialer, som fungerer perfekt i tilfælde af meget store produktionsmængder og tilbyder de laveste enhedsomkostninger for produktfremstilling. De kræver yderligere investeringer i værktøj, men de giver mulighed for at udføre mange andre processer, såsom formning eller gevindskæring. Traditionelle revolverstandsere kan skære huller og alle former og er meget økonomiske, selvom de igen har brug for ekstra værktøj. Og stansemaskiner, selvom de har betydeligt lavere effektivitet end laserskærere, giver mulighed for formning af produkter, ligesom stansepresser.

En anden løsning, der er meget velegnet til skæring af tykke materialer og til applikationer, hvor kvaliteten af den skårne delkant ikke er det vigtigste, er plasmaskæringssystemer og vandstråleskæringssystemer. I deres tilfælde, som i tilfældet med de fleste termiske skæremetoder, kan de bearbejdede metaller dog have en omfattende varmepåvirket zone.

Lad os også huske, at selvom plasmaskæringssystemer og vandstrålesystemer er meget billigere end laserskærere, er de meget langsommere. Selvfølgelig kan du øge effektiviteten af begge maskiner ved at montere flere hoveder og skære halvfabrikata arrangeret i stakke, men denne tilgang reducerer i høj grad kvaliteten af slutprodukterne.

Laserskærere er den nyeste og mest avancerede løsning. De tilbyder høj præcision, kvalitet, effektivitet, pålidelighed og fleksibilitet, og det er derfor, de successivt har fortrængt ældre teknologier, der har været brugt i industrien i flere årtier.

Hvorfor investere i en laserskærer?

En virksomhed, der i øjeblikket ikke har sin egen laserskærer, outsourcer typisk arbejdet til en eller flere underleverandører, der har sådanne kapaciteter. Denne løsning indebærer ikke en høj risiko og kan fungere ganske godt, forudsat at tiden til at gennemføre ordrer giver en vis fleksibilitet. Ikke desto mindre skal producenten før eller senere overveje, om hans virksomhed selv skal udføre laserskæring. For at finde ud af det, skal du bare tjekke de månedlige fakturaer for laserskæring af dele, for som Henry Ford sagde: "Hvis du har brug for en maskine og ikke køber den, så vil du i sidste ende opdage, at du har betalt for den og ikke har den".

Markedet tilbyder i øjeblikket mange muligheder for at købe laserskærere. De kan købes fra forhandlere, der er specialiseret i salg af brugt udstyr, eller fra producenter af originale skærere eller deres repræsentanter, som leverer det mest moderne skæreudstyr og renoverede maskiner. Sidstnævnte har måske ikke parametrene for nye systemer, men vil stadig fungere meget bedre end andre enheder med lignende kilometertal.

Det skal også huskes, at laserskærere fra anerkendte OEM-producenter i branchen generelt er dyrere, men på den anden side tilbyder de bedre parametre og udstyr, der sikrer højere produktionskvalitet og pålidelighed.

Opdag laserskærere FALCON

Fiberlaser, CO2 eller YAG?

Det industrielle lasermarked er domineret af tre typer løsninger: ældre YAG-lasere, traditionelle CO2-lasere og de nyeste fiberlasere.

YAG-lasere

YAG-laser er en halvlederlaser, hvor det aktive medium er en YAG (yttrium-aluminium-granat) enkrystal med indlejret neodym (Nd:YAG) eller yttrium (Yt:YAG). Disse enheder tilbyder meget høj pulseffekt, der er nødvendig til svejsning, boring og skæring af metaller, belagte metaller, halvledere og forskellige legeringer samt plastik og keramik. De bruges også til gravering, mærkning ved udgløding eller gravering af forskellige metaller og plastik, samt udførelse af undersøgningsmarkeringer på gennemsigtige materialer som glas eller akryl.

YAG-laser kan kobles med en vandstrøm, der bruges til at lede lysstrålen til den bearbejdede overflade. Denne metode bruges for eksempel til at skære siliciumskiver. Vandstrømmen fjerner derefter forurenende stoffer og afkøler det bearbejdede materiale. Ulempen ved disse maskiner er deres omkostninger, ikke kun på grund af prisen, men også fordi de har en kort levetid på 8.000 til 15.000 timer.

CO2-lasere

CO2-lasere har været massivt brugt i industrien i mere end to årtier. De er gaslasere, der genererer en laserstråle ved at transmittere elektrisk energi gennem en resonator fyldt med en gasblanding indeholdende CO2. Enheden bruger derefter spejle til at fokusere og transmittere strålen til hovedet, der er ansvarligt for bearbejdning af materialet. CO2-lasere er meget effektive, pålidelige, tilbyder lang levetid og fremragende strålekvalitet.

Denne type laser bruges oftest til bearbejdning af træ eller papir (og deres derivater), plexiglas og andre akrylplastik. Den fungerer også godt til bearbejdning af læder, stoffer, tapeter og lignende materialer. Og selvom de bedste effekter ved brug af en CO2-laser opnås ved bearbejdning af ikke-metalliske materialer, kan den også skære og bearbejde tynde aluminiumsplader og andre ikke-jernholdige metaller.

Fiberlasere

Fiberlaser dukkede op på markedet omkring 2008. Det er en enhed, der ikke kun er karakteriseret ved lave driftsomkostninger, men tilbyder højere skærehastighed og pålidelighed sammenlignet med traditionelle CO2- og YAG-lasere.

På et tidligt udviklingsstadie tillod fiberteknologi kun skæring af tynde materialer ved høje hastigheder. Efter fremkomsten af mere kraftfulde lasere opnår fiberlasere dog sådanne bearbejdningshastigheder selv for materialer med en tykkelse på 2 cm. Som følge heraf vokser populariteten af fiberlasere konstant på trods af deres højere pris.

Fiberteknologi betyder også nye muligheder, da fiberskærere kan skære reflekterende materialer som messing eller kobber, hvilket var meget vanskeligt med CO2-lasere. De genererer også en stråle med en energitæthed 100 gange højere end CO2-lasere med lignende kildeeffekt, hvilket gør dem energieffektive og giver højere bearbejdningshastighed.

Fiberlasere er præcise og effektive maskiner, der er perfekt egnede til meget forskellige industrielle anvendelser, lige fra højeffektskæring og svejsning til opgaver, der kræver mindre effekt, f.eks. i produktionen af halvledere og fotovoltaiske systemer. Dette er modulære og skalerbare enheder, der kan konfigureres i henhold til behovene for forskellige processer - fra nanosekund graveringmaskiner til multi-kilowatt systemer til svejsning og skæring.

Fiberlasere er enkle at implementere og betjene. De er også normalt mindre og lettere end traditionelle lasere. Og fordi CO2-lasere er ret skrøbelige på grund af behovet for præcis indstilling af spejle og linser, er fiberlasere meget mere holdbare takket være brugen af optiske fibre. Af samme grund kan de fungere i mange forskellige miljøer, og mindre fiberskærere kan let flyttes uden behov for at justere det optiske system igen.

Fiberlasere er ret alsidige og udmærker sig - afhængigt af effekten - med en række bearbejdningsprocedurer for mange materialer. De fungerer fremragende til skæring og trimning af metalplader, oprullede plader, rør og profiler, samt mærkning af metaller ved udgløding, gravering af metaller og mærkning af plastik. De giver mulighed for bearbejdning af metaller og ikke-metaller, og endda glas, træ og plastik. De er ideelle til arbejde med tynde materialer - for materialer over 20 mm er det nødvendigt at investere i en fiberlaser med en effekt på over 6 kW, hvilket desværre er meget dyrere.

Ovenfor har vi præsenteret mange materialeskæringsteknologier, der i øjeblikket er tilgængelige på markedet. Valget af den rigtige løsning afhænger af virksomhedens produktionsbehov og, lad os ikke skjule det, dens økonomiske muligheder. Vi satser dog på fiberlasere, fordi vi mener, de er de mest alsidige, præcise og effektive, og at det simpelthen er svært at konkurrere med kvaliteten af produkter fremstillet med deres hjælp.

Lær om: Metalpladelaserskærer fra FALCON

Fordele ved fiberlaserskærere

Fiberlaserskærere er meget mere præcise end mekaniske værktøjsmaskiner, de er også mere fleksible, energieffektive, optager mindre plads og hjælper med at beskytte miljøet. De giver også høj effektivitet og gentagelighed af produktionen, og laserskæringsteknologi giver mulighed for at opnå perfekte, glatte kanter på dele og springe det endelige bearbejdningstrin over.

Lasere klarer sig generelt bedre ved bearbejdning af afrundede og komplekse former sammenlignet med mekaniske værktøjsmaskiner, og derudover:

• Skæreprocessen er kontaktløs og hurtig, og det ultratynde fokuspunkt for laserstrålen betyder, at den varmepåvirkede zone og forvrængning af den bearbejdede detalje er meget små, og dens kanter er glatte og rene.

• En kæmpe fordel ved laserskærere er deres hastighed. Laseren er i stand til at skære tykke materialer i en enkelt passage, mens andre værktøjsmaskiner kan kræve flere passager.

• Laserskæringsteknologi betyder også færre forbrugsvarer og reservedele, hvilket er særligt tydeligt i fiberskærere, hvor laserstrålen transmitteres til skærehovedet ved hjælp af fiberoptik. Det betyder også, at i tilfælde af fiberlaserskærere er der ikke behov for at have og udskifte forskellige værktøjer og spidser, der muliggør forskellige typer skæring. Færre reservedele betyder også lavere vedligeholdelses- og serviceomkostninger. Især da i fiberlasere har styring af strålen gennem fiberoptik elimineret mange bevægelige dele.

• Skæring, udstansning, mærkning og gravering, samt materialeindføring og indsamling af dele er i vid udstrækning automatiseret, hvilket sikrer en høj grad af kontrol over produktionen og øger effektiviteten.

• En stor fordel ved laserskærere er deres energieffektivitet, som i tilfælde af fiberlasere når op til 30%. Dette betyder, at disse enheder forbruger mindre energi, når de arbejder ved fuld belastning, giver betydelige besparelser og hjælper med at beskytte miljøet.

Materialer bearbejdet ved hjælp af laserskærere

Ved hjælp af en laserskærer kan de fleste metalliske materialer bearbejdes, såsom rustfrit stål, kulstofstål, blødt stål, guld, sølv, titan og titanlegeringer, nikkellegeringer, galvaniseret metalplade, kobber, aluminium, metallegeringer osv., samt keramiske materialer, plastik, tekstiler, træ og endda papir. Typen og tykkelsen af det skårne materiale afhænger af lasereffekten og det anvendte udstyr.

• Rustfrit stål er det materiale, der oftest bruges og bearbejdes af producenter i forskellige industrier. Det er også det mest populære materiale, der skæres med fiberlasere.

• Kulstofstål - tykkelsen af laserskåret eller laserskåret kulstofstålplade kan være 25 mm og mere. For stål tykkere end 25 mm bør der anvendes en fiberlaser med en effekt større end 6 kW.

• Aluminium og aluminiumlegeringer, kobber og messing er materialer med en høj refleksionskoefficient og termisk ledningsevne. Kobber og messing kunne ikke skæres med ældre typer lasere. Fiberlasere håndterer dem dog perfekt og giver mulighed for skæring af både tynde og tykkere plader og dele lavet af aluminium, kobber og messing med en tykkelse på 15 mm og mere, afhængigt af legeringstypen og lasereffekten.

Anvendelser af laserskærere

Laserskærere bruges i vid udstrækning i automatiseret serieproduktion og industrier såsom: rumfart, bilindustri, sanitet, elektronik. De bruges også for eksempel til produktion af smykker, dekorative elementer, dele eller i reklame- eller fitnessindustrien til produktion af metalprodukter. Laserskærere bruges i vid udstrækning til skæring, udstansning, mærkning og gravering af metalplader og oprullede metalplader, f.eks. i landbrugsmaskinindustrien. Laserskærere gør en virkelig stor forskel i denne gren af industrien, især da de traditionelt anvendte stansemaskiner der tvinger brugen af mange typer stanser, hvilket igen begrænser indførelsen af ændringer i produkter betydeligt.

Laserskærere er fremragende til hurtig og præcis skæring af rør og profiler, samt skæring af passende huller af enhver form i dem. Derudover er kanterne af dele fremstillet med laserteknologi af meget høj kvalitet og kræver ikke yderligere bearbejdning.

Skærere bruges også i møbelindustrien, f.eks. i produktionen af skabe (distribution, metaldokumentskabe), emhætter eller metalarbejdsborde. Deres produktion kræver gentagelighed, præcision, perfekt finish og, vigtigst af alt, høj effektivitet.

Produktion i bilindustrien betyder korte serier af repetitive elementer med et højt kompleksitetsniveau, som er underlagt høje kvalitetskrav, samt hurtig produktionsomstilling og behovet for at markere hver detalje.

Laserskærere kan også skære og udstanse produkter med specielle, nogle gange unikke former baseret på designs forberedt i CAD/CAM-programmer.

Hvordan vælger man den rigtige laserskæremaskine?

Når du vælger en laserskærer, skal du nøje overveje dine nuværende og fremtidige behov, det vil sige bestemme typen af bearbejdede komponenter og deres tykkelse, samt typen af materialebearbejdning (skæring/udstansning, mærkning/gravering) og vælge udstyret i overensstemmelse hermed. Nedenfor har vi forberedt vigtige kriterier, som er værd at overveje, når du vælger en laserskæreenhed:

• Bearbejdede materialer - her bør du tage hensyn til størrelsen, tykkelsen og egenskaberne af det bearbejdede materiale, da de vil give dig mulighed for korrekt at vælge lasereffekten og størrelsen af skærerbordet. Materialets type bør også tages i betragtning - laserskærere udstyret med tårne til indføring af metalplader eller systemer til indlæsning og positionering af rør og profiler er tilgængelige på markedet.

• Lasereffekt - en af de vigtigste parametre for laserskærere er deres effekt, da den direkte svarer til tykkelsen af det skårne materiale og hastigheden af selve skæringen.

• Software - de fleste laserskærere er udstyret med deres egne OEM-systemer og fungerer perfekt med populære CAD/CAM-programmer. Det er dog nødvendigt at finde ud af, hvilke funktioner denne software tilbyder, og om den kan integreres med systemer, der allerede bruges i virksomheden.

• Eftersalgsservice - eftersalgsservice skal omfatte installation, ibrugtagning, brug, reparation og vedligeholdelse af maskinen. Der bør også lægges vægt på garantiperioden. Og selvom moderne fiberlasere grundlæggende ikke kræver vedligeholdelse, kan de, ligesom alle enheder, gå i stykker. Og ethvert nedbrud betyder unødvendig nedetid og tab. Derfor er det værd at være opmærksom på serviceplejen, når du vælger en laserskærer. Desto mere da disse er teknologisk avancerede enheder og kræver passende færdigheder af servicemedarbejdere.

Laserskærere tager forskellige industrier med storm og beviser deres anvendelighed i produktionen af flere og flere nye produkter. Og selvom disse er ret dyre enheder, ændrer situationen sig radikalt i det øjeblik, arbejdet starter, fordi de faktiske omkostninger ved skæring med en laserskærer er ret lave. Især hvis du tager højde for den præcision, fleksibilitet og høje produktionseffektivitet, de tilbyder.