Потужність лазера та тип матеріалу

Спостереження за процесом різання волоконним лазером - це дивовижний досвід, оскільки різаки часто працюють на таких високих швидкостях, що більше нагадують принтери, ніж машини для різання металу. Це стало можливим завдяки сучасним технологічним рішенням, що використовуються в системах подачі, які дозволяють різакам рухатися зі швидкістю, що часто перевищує 250 м/хв.

Однак, сама швидкість подачі не перекладається безпосередньо в ефективність пристрою. Остання залежить від інших факторів - наприклад, потужності лазера. Якщо вона занадто низька, швидкість різання буде просто малою. З іншого боку, низька динаміка різака перешкоджатиме швидкій реалізації проекту навіть при високій потужності лазера, а ручна заміна листа означатиме, що потужний і швидкий різак буде простоювати в очікуванні наступних процесів різання.

Потужність лазера

Найвища потужність доступних сьогодні волоконних лазерів досягає 15 кВт, тоді як ще кілька років тому вона становила 6 кВт. Рівні потужності дуже високі і, здавалося б, досягають граничних значень. Однак, з чисто технологічної точки зору, такого обмеження не існує - потужність сучасних систем волоконного лазерного зварювання може перевищувати 100 кВт [1]. Отже, справа не лише в потужності. Проблема наразі полягає в системі доставки лазерного променя. Волоконно-оптичні ріжучі головки з потужністю від 1 до 6 кВт погано справляються з щільністю енергії надпотужних лазерів, і багато виробників мають серйозні проблеми з довговічністю головок при потужностях, що перевищують 6 кВт.

З іншого боку, пристрої, що працюють з потужністю 8, 10, 12 або 15 кВт і гарантують надійність та час роботи, необхідні для роботи на виробничих підприємствах, можуть запропонувати лише ті виробники волоконних лазерів, які інвестували значні суми в розробку та дослідження, оптимізували волоконно-оптичні системи доставки променя, а також забезпечили відсутність оптичного забруднення. Однак їхні машини, з очевидних причин, набагато дорожчі, ніж різаки, що працюють на нижчих потужностях.

З цієї причини більшість систем, доступних на ринку, пропонують потужності від 1 до 6 кВт.

Потужність лазера та тип матеріалу

При виборі волоконного лазера його потужність повинна відповідати конкретному застосуванню, тобто визначити, який тип роботи він буде виконувати та тип матеріалу, який буде оброблятися. Лазерні різаки можуть використовуватися для різання, висікання та гравіювання широкого спектру матеріалів, таких як: метали, алюміній, скло, дерево, пластик, акрил та багато інших.

Іншим параметром, який слід враховувати, є - крім розміру металевого листа або деталі, яка просто повинна поміститися в різаку - товщина та тип матеріалу, що ріжеться. Тут діє загальне правило, що чим товщий і щільніший матеріал, тим більша потужність лазера потрібна для його прорізання.

Товщина матеріалу фактично є єдиним обмеженням для лазерної технології - волоконні лазери не мають собі рівних, коли йдеться про різання тонких матеріалів. На жаль, для матеріалів товщиною понад 25 мм слід розглянути іншу технологію або придбати машину з потужністю більше 6 кВт.

Як приблизний орієнтир можна припустити, що лазерний різак з потужністю:

Дозволяє різати матеріали товщиною:

Звичайно, ці дані можуть відрізнятися для конкретних рішень, і з цієї причини найкраще зв'язатися з виробником обраного лазерного різака перед його придбанням.

Пам'ятаймо також, що потужність лазера впливає не лише на товщину матеріалу, що ріжеться, та швидкість процесу різання. Лазерні різаки високої потужності також пропонують кращу якість і повторюваність процесу різання, і дозволяють ігнорувати невеликі відхилення в структурі матеріалу.

Нарешті, вибір волоконного лазера з конкретною потужністю пов'язаний з іншим основним, якщо не найважливішим, аспектом підприємства, яким є рентабельність виробництва.

Витрати на виробництво

Вибираючи лазер високої потужності, ми отримуємо не лише вищу ефективність, але й значне збільшення виробничих витрат, пов'язаних з високою ціною самого пристрою та вищою вартістю його експлуатації - подвоєння потужності збільшує вартість експлуатації лазера на 20-30 відсотків.

Однак ці витрати можуть бути не такими значними, якщо додаткова потужність дозволяє значно скоротити процес різання та підвищити ефективність, оскільки вони все ще становлять частку постійних витрат, які включають, серед іншого: зарплати операторів, витрати на програмування, витрати на інфраструктуру, податки, амортизацію обладнання (лізингові платежі), доставку, загальні та адміністративні витрати, і, звичайно, витрати на сировину.

У більшості виробничих підприємств ці витрати значно перевищують вартість експлуатації лазера, тому що, хоча витрати на придбання лазерного різака високі, ситуація радикально змінюється, коли машина починає працювати. Витрати на лазерне різання відносно низькі.

При виборі лазерного різака слід вибирати пристрій, який задовольнить виробничі потреби не лише в даний момент, але й у найближчому майбутньому. А оскільки технологія лазерного різання дуже швидко розвивалася в останні роки, необхідно не лише досліджувати ринкову пропозицію та дізнаватися про найновіші рішення, але й обговорювати будь-які сумніви з фахівцями. Такий підхід дозволить вибрати найкращий пристрій, уникнути непотрібних витрат і, що важливіше, підвищити конкурентну перевагу компанії.

Враховуючи потужність лазера та динаміку машини, варто пам'ятати, що вища потужність дозволяє швидше різати, особливо товщі матеріали, а більша динаміка машини дозволяє підвищити ефективність роботи, особливо у випадку тонших матеріалів. Щодо завантаження та розвантаження матеріалу, виробництво не може здійснюватися під час цих операцій. Тому чим швидше вони відбуваються, тим краще.

Тому при виборі волоконного різака слід зосередитися на трьох найважливіших факторах, що впливають на ефективність волоконного лазера - потужність лазера, динаміка машини та швидкість операцій завантаження/розвантаження матеріалу. А потужність лазера повинна бути відповідно підібрана до застосувань та оброблюваних матеріалів.

[1] https://www.osapublishing.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-43-19-4667