Maskiner för laserskärning – En omfattande guide till laserskärningsenheter

Skärare med laser, som en gång ansågs vara en högteknologisk lösning reserverad för specialister, har idag blivit en integrerad del av många industrier. Laserskärning av plåtar, rör och profiler används för närvarande i både små verkstäder och stora produktionshallar. Fram till nyligen dominerades marknaden av skärare baserade på CO2- och YAG-teknik, men de ersätts allt mer av fiberlaserskärare. Dessa moderna maskiner ger bättre driftsparametrar, högre effektivitet, energibesparingar och tillförlitlighet, vilket revolutionerar laserskärningsprocessen.

Hur fungerar en fiberlaserskärare?

En laserskärare använder en solid-state laser som pumpas av halvledardioder som ljuskälla. Detta är en mycket intressant lösning, där det aktiva mediet är en optisk fiber bestående av tre lager:

• yttre lager: fiberns polymerhölje har det lägsta brytningsindexet, vilket förhindrar att laserstrålning avges utanför.

• inre hölje: pumpbeläggningen är gjord av ett material med högre brytningsindex än det yttre lagret. Det inre höljet beter sig som en spegel som omger kärnan, och den multipla reflektionen av strålen från lagrets kanter gör att ljuset upprepade gånger återvänder till kärnan. Detta skapar en resonator som genererar och förstärker ljusstrålen.

• kärna: det inre lagret dopat med sällsynta jordartsmetaller har det högsta brytningsindexet och ansvarar för signalutbredningen.

Fiberlaser genererar en ljusstråle med hög energitäthet och överför den via optisk fiber till skärhuvudet. Här fokuseras strålen av en lins innesluten i huvudet på ytan av den bearbetade delen, och området som utsätts för den ultratunna fokuspunkten smälter och förångas.

Fiberlaserstrålen kan fokuseras till och med 1/10 av diametern på en punkt som erhålls med en CO2-laser. Den mindre diametern, samt mycket högre ljusstyrka, gör att fiberlasrar kan uppnå mycket högre energitäthet - upp till 100 gånger högre än för CO2-lasrar. Detta säkerställer precis skärning av materialet och möjliggör extremt rena, släta kanter med en mycket smal skärspalt.

Viktiga egenskaper och möjligheter med laserskärare

Laserskärare kan delas in i olika grupper beroende på form och typ av bearbetat material, lasereffekt och graden av arbetsautomatisering. Marknaden erbjuder stora maskiner med bord för skärning och trimning av stora plåtar eller skärning av långa rör och profiler, samt billigare kompakta enheter. De senare kan, tack vare sitt kompakta, slutna hölje och möjligheten att flytta källan till ett annat rum, ta upp mycket lite plats i produktionshallen.

Element som bearbetas i fiberskärare kan vara tillverkade av olika material som: rostfritt stål, mjukt stål, titan, aluminium och tyger, trä, papper, plast och keramiska material, och själva materialet kan ha olika tjocklekar. Därför är en viktig egenskap hos en fiberskärare dess effekt. För närvarande finns laserskärare med effekt från 1 kW till över 20 kW tillgängliga på marknaden, men på grund av kostnaderna är de mest populära enheterna med effekt upp till 6kW.

På grund av den höga skärhastigheten hos fiberlasrar är viktiga element i skärarna system som möjliggör automatisering av lastning och lossning av material och tillverkade delar. Med hög arbetsbelastning gör lösningar som plåtförvaring, automatiskt rör- och profilmatningssystem eller intelligent palletiseringssystem det möjligt att öka effektiviteten, minimera laserskärningskostnaderna och förbättra företagets konkurrenskraft och vinster.

Många tillverkare erbjuder enheter med dedikerade operativsystem och programvara som möjliggör design av delar och deras optimala placering på plåt, samt programmering av skäraren och kontroll av själva enheten och dess operatörer.

Det finns också fiberskärare utrustade med Wi-Fi-kommunikationssystem som möjliggör fjärrstyrning av enheten, vilket översätts till bättre användning av själva maskinen och högre produktionseffektivitet.

Viktiga tekniska parametrar för fiberlaserskärare

Uppdelningslinjerna för fiberskärare motsvarar parametrarna för själva enheterna. När det gäller skärare med bord och enheter som skär plåtar i rullar är det storleken på arbetsområdet, och i fiberskärare för rör och profiler - längden på rörskärning och deras diameter.

För fiberlaserskärare är en parameter naturligtvis effekten hos laserkällan, som ansvarar för den maximala tjockleken på den skurna plåten.

Andra parametrar är positioneringsnoggrannheten för skärhuvudet och noggrannheten i dess positionsförändring, samt den maximala matningshastigheten för huvudet.

Grundläggande element i fiberskärare

Fiberskärare är avancerade system som erbjuder hög effektivitet och skärkvalitet som inte bara beror på själva fiberlaserskärningstekniken, utan också på användningen av avancerade lösningar och maskindelsystem:

• Laserkälla är det grundläggande elementet som ansvarar för drift och skärmetod med en fiberskärare. Fiberlasrar:

  • Erbjuder hög effekttäthet och snabb skärning på grund av den mindre fokuspunkten för laserstrålen.

  • Har flera gånger större absorption tack vare kortare våglängd.
    Tack vare hög effekttäthet och hög absorption ökar de avsevärt effektiviteten och skärhastigheten.

  • Har en mycket lång livslängd. Den uppskattade livslängden för en standardfiberlaser är 100 000 timmar, vilket motsvarar cirka 45 års användning.

  • Är mycket energieffektiva och energibesparande. Deras energieffektivitet är tre gånger högre än för CO2-lasrar, vilket innebär att de förbrukar mindre energi under drift än en CO2-laser i standby-läge.

• Strålöverföringssystem - ljusstrålen som genereras i källan överförs till skärhuvudet via ett fiberoptiskt system. Detta är en pålitlig och praktiskt taget underhållsfri lösning som har eliminerat många rörliga delar av maskinen, såsom optiska speglar, vakuumpumpar, fläktar eller filter som används i andra typer av lasrar. Av denna anledning finns det inget planerat byte av laserförbrukningsartiklar under den nämnda perioden på 100 000 timmars källdrift.

• Huvud är skärelementet i fiberskäraren. Det består av ett munstycke, fokuseringslins och fokusuppföljningssystem. Vissa skärare är också utrustade med kamerasystem för att övervaka huvudets drift i realtid. Huvudet rör sig längs den programmerade skärbanan med precision och hastighet som är bland de grundläggande parametrarna för skäraren. Vid programmering av skärprocessen måste även huvudets höjd ställas in enligt typen av material som skärs och dess tjocklek.

• Lins - kvaliteten på laserlinsen är direkt ansvarig för laserns uteffekt och effektiviteten hos hela maskinen, och högkvalitativa linser utan optiska föroreningar möjliggör skärning av material med verkligt högeffektslasrar. Linsen är också den mest använda komponenten i laserskärare, samt den känsligaste.

• Kylsystem har två huvuduppgifter. Den första är kylning av lasergeneratorn, som omvandlar elektrisk energi till ljusenergi, och där den återstående energin omvandlas till värme. Den andra är att avlägsna överskottsvärme och säkerställa jämn drift av lasern. Dessutom säkerställer kylsystemet stabil drift av strålöverföringssystemet, förhindrar deformation och sprickbildning av linsen orsakad av för hög temperatur. Fiberskärare använder luft- eller vattenkylningssystem.

• CNC-system - styrsystemet ansvarar för driften av alla moduler i laserskäraren, såsom lastnings- och lossningssystem, plåt-, rör- och profilinställningssystem. Men dess viktigaste uppgift är att kontrollera uteffekten från lasern och styra matningen av skärhuvudet längs X-, Y- och Z-axlarna. CNC-systemet gör det möjligt att ställa in skärhuvudet både vertikalt och i vinkel. Och efter att ha utrustat skäraren med en extra arm är även 3D-skärning och trimning möjlig. Dessutom ansvarar CNC-systemet för stabiliteten och drifthastigheten för fiberskäraren, och dess avancerade funktioner kan effektivt förbättra precisionen och kvaliteten på skärningen.

• Bord / Tvärbalk - laserskärare har mycket höga krav på stabil drift av maskinen. Högkvalitativa bord gjutna av gråjärn eller aluminium ger hög styvhet, hållbarhet och motståndskraft mot vibrationer och möjliggör maximal stabilitet och precision i skärprocessen. I sin tur använder stora laserskärare tvärbalkar, som måste kännetecknas av lämplig styvhet, samtidigt som flexibilitet och styrka underlättar snabba matningar av skärhuvudet under skärning.

• Motor är det grundläggande elementet som ansvarar för matningarna av fiberskärarens system och vars parametrar har en direkt inverkan på produktionens hastighet och effektivitet, samt kvaliteten på slutprodukten. För närvarande används vanligtvis stegmotorer och servodrifter, och typen av motor bör väljas enligt den typ av arbete som utförs av skäraren.

• Ång- och föroreningsborttagningssystem - under skärprocessen - särskilt vid skärning av plast - bildas ångor och damm som kan påverka inte bara kvaliteten på skärprocessen utan även operatörernas hälsa. Därför är skärare utrustade med automatiska ång- och dammbortagningssystem, som inte bara tar hand om arbetarna som använder enheterna i hallen utan också gör enheten miljövänlig.

Press, plasmaskärning, vattenstråle eller laserskärning?

Stansningspressar är en utmärkt lösning som används för att skära material, som fungerar perfekt vid mycket stora produktionsvolymer och erbjuder den lägsta enhetskostnaden för produkttillverkning. De kräver ytterligare investeringar i verktyg, men de ger möjlighet att utföra många andra processer, såsom formning eller gängning. Traditionella revolverpressar kan skära hål och alla former och är mycket ekonomiska, men de behöver ytterligare verktyg. Och stansmaskiner, även om de har betydligt lägre effektivitet än laserskärare, möjliggör formning av produkter, liknande stansningspressar.

En annan lösning som är mycket lämplig för skärning av tjocka material och för applikationer där kvaliteten på den skurna delens kant inte är det viktigaste, är plasmaskärningssystem och vattenstrålesystem. I deras fall, liksom i fallet med de flesta termiska skärmetoder, kan de bearbetade metallerna dock ha en omfattande värmepåverkad zon.

Låt oss också komma ihåg att även om plasmaskärningssystem och vattenstrålesystem är mycket billigare än laserskärare, är de mycket långsammare. Naturligtvis kan du öka effektiviteten hos båda maskinerna genom att montera flera huvuden och skära halvfabrikat arrangerade i staplar, men detta tillvägagångssätt minskar avsevärt kvaliteten på slutprodukterna.

Laserskärare är den nyaste och mest avancerade lösningen. De erbjuder hög precision, kvalitet, effektivitet, tillförlitlighet och flexibilitet, och det är därför de successivt har trängt undan äldre tekniker som använts i industrin i flera decennier.

Varför investera i en laserskärare?

Ett företag som för närvarande inte har sin egen laserskärare lägger vanligtvis ut arbetet på en eller flera underleverantörer som har sådana möjligheter. Denna lösning innebär inte en hög risk och kan fungera ganska bra, förutsatt att tiden för att slutföra beställningar ger viss flexibilitet. Förr eller senare måste tillverkaren ändå överväga om hans företag ska utföra laserskärning på egen hand. För att ta reda på det, kolla bara de månatliga fakturorna för laserskärning av delar, för som Henry Ford sa: "Om du behöver en maskin och inte köper den, då kommer du i slutändan att upptäcka att du har betalat för den och inte har den".

Marknaden erbjuder för närvarande många alternativ för att köpa laserskärare. De kan köpas från återförsäljare som specialiserar sig på försäljning av begagnad utrustning eller från tillverkare av originalskärare, eller deras representanter, som tillhandahåller den modernaste skärutrustningen och renoverade maskiner. De senare kanske inte har parametrarna för nya system, men kommer ändå att fungera mycket bättre än andra enheter med liknande körsträcka.

Det bör också kommas ihåg att laserskärare från erkända OEM-tillverkare i branschen generellt är dyrare, men å andra sidan erbjuder de bättre parametrar och utrustning som säkerställer högre produktionskvalitet och tillförlitlighet.

Upptäck laserskärare FALCON

Fiberlaser, CO2 eller YAG?

Den industriella lasermarknaden domineras av tre typer av lösningar: äldre YAG-lasrar, traditionella CO2-lasrar och de nyaste fiberlasrarna.

YAG-lasrar

YAG-laser är en halvledarlaser där det aktiva mediet är en YAG-kristall (yttrium-aluminium-granat) med inbäddad neodym (Nd:YAG) eller yttrium (Yt:YAG). Dessa enheter erbjuder mycket hög pulsad effekt som är nödvändig för svetsning, borrning och skärning av metaller, belagda metaller, halvledare och olika legeringar samt plaster och keramik. De används också för gravering, märkning genom glödgning eller gravering av olika metaller och plaster, samt för att utföra ytskiktsmärkningar på transparenta material som glas eller akryl.

YAG-laser kan kopplas med en vattenström som används för att leda ljusstrålen till den bearbetade ytan. Denna metod används till exempel för att skära kiselplattor. Vattenströmmen avlägsnar då föroreningar och kyler det bearbetade materialet. Nackdelen med dessa maskiner är deras kostnad, inte bara på grund av priset utan också för att de har en kort livslängd på 8 000 till 15 000 timmar.

CO2-lasrar

CO2-lasrar har använts massivt i industrin i mer än två decennier. De är gaslasrar som genererar en laserstråle genom att överföra elektrisk energi genom en resonator fylld med en gasblandning som innehåller CO2. Enheten använder sedan speglar för att fokusera och överföra strålen till huvudet som ansvarar för bearbetning av materialet. CO2-lasrar är mycket effektiva, pålitliga, erbjuder lång livslängd och utmärkt strålkvalitet.

Denna typ av laser används oftast för bearbetning av trä eller papper (och deras derivat), plexiglas och andra akrylplaster. Den fungerar också bra för bearbetning av läder, tyger, tapeter och liknande material. Och även om de bästa effekterna av att använda en CO2-laser erhålls vid bearbetning av icke-metalliska material, kan den också skära och bearbeta tunna aluminiumplåtar och andra icke-järnmetaller.

Fiberlasrar

Fiberlaser dök upp på marknaden runt 2008. Det är en enhet som kännetecknas inte bara av låga driftskostnader utan erbjuder högre skärhastighet och tillförlitlighet jämfört med traditionella CO2- och YAG-lasrar.

I ett tidigt utvecklingsstadium tillät fibertekniken skärning av endast tunna material med hög hastighet. Efter att kraftfullare lasrar dykt upp uppnår dock fiberlasrar sådana bearbetningshastigheter även för material med en tjocklek på 2 cm. Som ett resultat växer populariteten för fiberlasrar ständigt trots deras högre pris.

Fibertekniken innebär också nya möjligheter, eftersom fiberskärare kan skära reflekterande material som mässing eller koppar, vilket var mycket svårt med CO2-lasrar. De genererar också en stråle med en energitäthet 100 gånger högre än CO2-lasrar med liknande källeffekt, vilket gör dem energieffektiva och ger högre bearbetningshastighet.

Fiberlasrar är precisa och effektiva maskiner som är perfekt lämpade för mycket olika industriella tillämpningar, från högeffektsskärning och svetsning till uppgifter som kräver mindre effekt, t.ex. vid tillverkning av halvledare och fotovoltaiska system. Dessa är modulära och skalbara enheter som kan konfigureras enligt behoven för olika processer - från nanosekundgraveringsmaskiner till system med flera kilowatt för svetsning och skärning.

Fiberlasrar är enkla att implementera och använda. De är också vanligtvis mindre och lättare än traditionella lasrar. Och eftersom CO2-lasrar är ganska ömtåliga på grund av behovet av exakt inställning av speglar och linser, är fiberlasrar mycket mer hållbara tack vare användningen av optiska fibrer. Av samma anledning kan de fungera i många olika miljöer, och mindre fiberskärare kan lätt flyttas utan att behöva justera om det optiska systemet.

Fiberlasrar är ganska mångsidiga och utmärker sig - beroende på effekten - med en mängd olika bearbetningsprocedurer för många material. De presterar utmärkt vid skärning och trimning av plåt, rullad plåt, rör och profiler, samt märkning av metaller genom glödgning, gravering av metaller och märkning av plaster. De möjliggör bearbetning av metaller och icke-metaller, och även glas, trä och plaster. De är idealiska för arbete med tunna material - för material över 20 mm är det nödvändigt att investera i en fiberlaser med en effekt på över 6 kW, vilket tyvärr är mycket dyrare.

Ovan har vi presenterat många materialskärningstekniker som för närvarande finns tillgängliga på marknaden. Valet av rätt lösning beror på företagets produktionsbehov och, låt oss inte dölja det, dess ekonomiska möjligheter. Vi satsar dock på fiberlasrar eftersom vi tror att de är de mest mångsidiga, precisa och effektiva, och att det helt enkelt är svårt att konkurrera med kvaliteten på produkter tillverkade med deras hjälp.

Lär dig om: Plåtlaserskärare från FALCON

Fördelar med fiberlaserskärare

Fiberlaserskärare är mycket mer precisa än mekaniska verktygsmaskiner, de är också mer flexibla, energieffektiva, tar upp mindre plats och hjälper till att skydda miljön. De ger också hög effektivitet och repeterbarhet i produktionen, och laserskärningstekniken möjliggör perfekta, släta kanter på delar och hoppar över det slutliga bearbetningssteget.

Lasrar presterar generellt bättre vid bearbetning av rundade och komplexa former jämfört med mekaniska verktygsmaskiner, och dessutom:

• Skärprocessen är kontaktlös och snabb, och den ultratunna fokuspunkten för laserstrålen innebär att den värmepåverkade zonen och distorsionen av den bearbetade detaljen är mycket små, och dess kanter är släta och rena.

• En enorm fördel med laserskärare är deras hastighet. Lasern kan skära tjocka material i ett enda pass, medan andra verktygsmaskiner kan kräva flera pass.

• Laserskärningstekniken innebär också färre förbrukningsartiklar och reservdelar, vilket är särskilt tydligt i fiberskärare, där laserstrålen överförs till skärhuvudet med hjälp av fiberoptik. Det innebär också att när det gäller fiberlaserskärare finns det inget behov av att ha och byta ut olika verktyg och spetsar som möjliggör olika typer av skärning. Färre reservdelar innebär också lägre underhålls- och servicekostnader. Särskilt eftersom i fiberlasrar har styrning av strålen genom fiberoptik eliminerat många rörliga delar.

• Skärning, stansning, märkning och gravering, samt materialmatning och insamling av delar är till stor del automatiserade, vilket säkerställer en hög grad av kontroll över produktionen och ökar effektiviteten.

• En stor fördel med laserskärare är deras energieffektivitet, som i fallet med fiberlasrar når upp till 30%. Detta innebär att dessa enheter förbrukar mindre energi när de arbetar med full belastning, ger betydande besparingar och hjälper till att skydda miljön.

Material som bearbetas med laserskärare

Med en laserskärare kan de flesta metalliska material bearbetas, såsom rostfritt stål, kolstål, mjukt stål, guld, silver, titan och titanlegeringar, nickellegeringar, galvaniserad plåt, koppar, aluminium, metallegeringar etc., samt keramiska material, plaster, textilier, trä och till och med papper. Typen och tjockleken på det skurna materialet beror på lasereffekten och den utrustning som används.

• Rostfritt stål är det material som oftast används och bearbetas av tillverkare i olika branscher. Det är också det mest populära materialet som skärs med fiberlasrar.

• Kolstål - tjockleken på laserskuren eller laserskuren kolstålsplåt kan vara 25 mm och mer. För stål tjockare än 25 mm bör en fiberlaser med en effekt större än 6 kW användas.

• Aluminium och aluminiumlegeringar, koppar och mässing är material med hög reflektionskoefficient och termisk ledningsförmåga. Koppar och mässing kunde inte skäras med äldre typer av lasrar. Fiberlasrar hanterar dem dock perfekt, vilket möjliggör skärning av både tunna och tjockare plåtar och delar tillverkade av aluminium, koppar och mässing med en tjocklek på 15 mm och mer, beroende på typen av legering och lasereffekt.

Tillämpningar av laserskärare

Laserskärare används i stor utsträckning inom automatiserad serieproduktion och industrier som: flyg- och rymdfart, fordon, sanitet, elektronik. De används också till exempel för tillverkning av smycken, dekorativa element, delar eller inom reklam- eller fitnessindustrin för tillverkning av metallprodukter. Laserskärare används i stor utsträckning för skärning, stansning, märkning och gravering av plåt och rullad plåt, t.ex. inom jordbruksmaskinindustrin. Laserskärare gör verkligen succé i denna gren av industrin, särskilt eftersom de traditionellt använda stansmaskinerna där tvingar fram användning av många typer av stansar, vilket i sin tur avsevärt begränsar införandet av förändringar i produkter.

Laserskärare är utmärkta för snabb och precis skärning av rör och profiler, samt skärning av lämpliga hål av valfri form i dem. Dessutom är kanterna på delar tillverkade med laserteknik av mycket hög kvalitet och kräver ingen ytterligare bearbetning.

Skärare används också inom möbelindustrin, t.ex. vid tillverkning av skåp (distribution, metallskåp för dokument), huvar eller metallbänkskivor. Deras produktion kräver repeterbarhet, precision, perfekt finish och framför allt hög effektivitet.

Produktion inom bilindustrin innebär korta serier av repetitiva element med hög komplexitetsnivå, som är föremål för höga kvalitetskrav, samt snabb produktionsomställning och behovet av att märka varje detalj.

Laserskärare kan också skära och stansa produkter med speciella, ibland unika former baserade på design som förberetts i CAD/CAM-program.

Hur väljer man rätt laserskärningsmaskin?

När du väljer en laserskärare måste du noggrant överväga dina nuvarande och framtida behov, det vill säga bestämma typen av bearbetade komponenter och deras tjocklek, samt typen av materialbearbetning (skärning/stansning, märkning/gravering) och välja utrustningen därefter. Nedan har vi förberett viktiga kriterier som är värda att överväga när du väljer en laserskärningsenhet:

• Bearbetade material - här bör du ta hänsyn till storleken, tjockleken och egenskaperna hos det bearbetade materialet, eftersom de kommer att göra det möjligt att korrekt välja lasereffekten och storleken på skärarbordet. Typen av material bör också beaktas - laserskärare utrustade med torn för matning av plåt eller system för lastning och positionering av rör och profiler finns tillgängliga på marknaden.

• Lasereffekt - en av de viktigaste parametrarna för laserskärare är deras effekt, eftersom den direkt motsvarar tjockleken på det skurna materialet och hastigheten på själva skärningen.

• Programvara - de flesta laserskärare är utrustade med sina egna OEM-system och fungerar perfekt med populära CAD/CAM-program. Det är dock nödvändigt att ta reda på vilka funktioner denna programvara erbjuder och om den kan integreras med system som redan används i företaget.

• Eftermarknadsservice - eftermarknadsservice måste inkludera installation, driftsättning, användning, reparation och underhåll av maskinen. Uppmärksamhet bör också ägnas åt garantiperioden. Och även om moderna fiberlasrar i princip inte kräver underhåll, kan de, som alla enheter, gå sönder. Och varje fel innebär onödig stilleståndstid och förluster. Därför är det värt att uppmärksamma servicevård när du väljer en laserskärare. Desto mer eftersom dessa är tekniskt avancerade enheter och kräver lämpliga färdigheter hos servicepersonalen.

Laserskärare tar olika industrier med storm och bevisar sin användbarhet i produktionen av allt fler nya produkter. Och även om dessa är ganska dyra enheter, förändras situationen radikalt i det ögonblick arbetet påbörjas, eftersom de faktiska kostnaderna för skärning med en laserskärare är ganska låga. Särskilt om man tar hänsyn till den precision, flexibilitet och höga produktionseffektivitet de erbjuder.