Was für ein Hoch

May 25, 2023

Hochleistungslaser sind für alle Arten von Schneidanforderungen gefragt, nicht nur für dicke Materialien.

Hersteller müssen kein Experte in der Faserlaserschneidtechnologie sein, um zu wissen: Wenn sie 0,25-Zoll-Platten mit einem 4-kW-Laser schneiden können, können sie diese mit einer 8-kW-Laserstromquelle schneller schneiden. Überlegen Sie nun, was sie mit einer 12-kW-Faserlaserschneidemaschine erreichen können. Wie wäre es mit 15 kW?

Diese Möglichkeiten stehen Metallverarbeitern heute zur Verfügung, aber es wäre falsch, sich ausschließlich auf das Schneiden dicker Metalle mit diesen neuen Hochleistungs-Faserlasern zu konzentrieren. Diese 10-, 12- und sogar 15-kW-Maschinen können viel mehr als nur dicke Materialien schneiden, auch wenn das das Erste ist, was einem Metallbauer in den Sinn kommt, wenn er von diesen leistungsstarken Werkzeugmaschinen spricht. Die Realität ist, dass die große Mehrheit der metallverarbeitenden Unternehmen in Nordamerika Metall mit einer Dicke von 0,25 Zoll oder dünner verarbeitet. Es gibt einfach nicht viele Betriebe, die das Laserschneiden sehr dicker Spezialmetalle für beispielsweise Kernreaktoren benötigen. Solche Anwendungen gibt es nicht häufig.

Die Geschichte der Hochleistungsfaserlasertechnologie dreht sich um die Verkürzung der Prozesszeit beim Laserschneiden. Aus diesem Grund kaufen Metallbauer eine leistungsstarke Laserschneidmaschine, um zwei oder sogar drei ältere Laser zu ersetzen. Sie können Teile schneller und kostengünstiger als je zuvor vom Laserbett entfernen.

Erst Mitte der 2000er Jahre galten leistungsstarke CO2-Laserschneidmaschinen als das notwendige Werkzeug, um das Blech schnell und effizient für die Herstellung von Panzerungssätzen für in Afghanistan und im Irak stationierte US-Truppenfahrzeuge zu bearbeiten. Improvisierte Sprengkörper stellten eine große Bedrohung dar, und die Bausätze schützten das Militärpersonal auf eine Art und Weise, wie es die bloßen Transportfahrzeuge nicht konnten.

Nur wenige Jahre später debütierte die Faserlasertechnologie, und ihre Verbreitungsrate explodierte Mitte dieses Jahrzehnts. Ohne sich um die Reinigung von Spiegeln oder Linsen, Balgprüfungen und Strahlausrichtungen kümmern zu müssen, fanden die Hersteller ein neues Schneidwerkzeug, das nur wenig Wartung erforderte und etwa die Hälfte der Betriebskosten eines CO2-Systems kostete.

Der Faserlaser erzeugt außerdem eine Strahlwellenlänge, die etwa zehnmal kürzer ist als die 10-Mikron-Strahlwellenlänge eines CO2-Resonators. Dieser fokussierte Strahl erzeugt eine höhere Leistungsdichte, die in Verbindung mit der höheren Absorptionsrate der Technologie zu einer Schnittgeschwindigkeit führt, die die eines CO2-Lasers deutlich übertrifft, insbesondere bei Materialstärken von weniger als 0,25 Zoll.

Mit der Faserlasertechnologie können Hersteller die Leistung dieser Werkzeugmaschinen durch den Einbau von Laserproduktionsmodulen steigern. (In den Modulen wird das von Halbleiterdioden emittierte Licht in Ytterbium-dotierten Faseroptiken angeregt, bis der Laser entsteht; alle Module werden an eine aktive Faser gespleißt, die dann zur Lieferung des Laserstrahls verwendet wird.) Deshalb die jüngste Der Anstieg der Wattzahlen ist so schnell erfolgt: Aus rein technologischer Sicht ist das Hinzufügen von Leistung nicht komplex. Tatsächlich können Faserlaserschweißsysteme heute in einigen Fällen mehr als 100 kW leisten.

Der Grund dafür, dass Hersteller keine 100-kW-Systeme in ihren Werkstätten haben, liegt darin, dass die Strahlführungssysteme einfach nicht so viel Leistung verarbeiten können. Aus diesem Grund wird so viel an der Gestaltung von Schneidköpfen geforscht. Jeder Hersteller von Laserschneidsystemen ist bestrebt, einen zuverlässigen Schneidkopf herzustellen, der den Faserlaserstrahl über einen längeren Zeitraum liefern kann, auch unter rauen Schneidbedingungen, die beim Schneiden dicker Materialien höchstwahrscheinlich auftreten.

In den letzten Jahren haben dieselben Werkzeugmaschinenhersteller Schneidkopfoptiken entwickelt, die die Strahlgröße während des Schneidens modulieren können. Diese technologische Entwicklung hat dazu geführt, dass Faserlaser-Schneidemaschinen nicht mehr nur Werkzeuge zum Schneiden dünner Bleche sind. Wenn das Material dicker wird, ist ein breiterer Strahl erforderlich, um mehr Schnittfuge zu erzeugen, damit geschmolzenes Metall entfernt werden kann.

Was Hochleistungs-Faserlaser für eine Fertigungswerkstatt bedeutenWas Hochleistungs-Faserlaser für eine Fertigungswerkstatt bedeutenWie leistungsstark ist ein Faserlaser, den ein Fertigungsbetrieb benötigt? Ein Unternehmen sollte sich den typischen Dickenbereich ansehen, der 80 Prozent seiner Arbeit ausmacht. Wenn es wirklich dünn ist, ist ein 15-kW-Laser wahrscheinlich nicht erforderlich. (Selbst wenn eine Werkstatt einen 15-kW-Faserlaser hätte, würde sie die Leistung auf 6 kW reduzieren und das dünne Material mit sehr hoher Geschwindigkeit und zu geringen Kosten schneiden.)

Hier sind einige allgemeine Regeln zum Schneiden von unedlen Metallen wie Stahl, Edelstahl oder Aluminium mit Stickstoff:

Bis zu 9 Gauge – 6 bis 8 kW

0,25 bis 0,75 Zoll – 8 bis 10 kW

Über 0,75 Zoll – 8 bis 15 kW

Bedenken Sie, dass ein Hersteller mit einer leistungsstarken Maschine mehr Teile pro Stunde produzieren kann und die Teilekosten mit steigender Leistung sinken. Dies geschieht jedoch nur, wenn die Laserschneidmaschine schnell genug ist, um die Leistung der Maschine zu maximieren.

Die Betriebskosten werden wahrscheinlich steigen, wenn die Leistung einer Faserlaserschneidmaschine steigt. Im Allgemeinen erhöht eine Verdoppelung der Leistung die Laserbetriebskosten um 20 bis 30 Prozent. Deshalb ist es so wichtig, dass der Faserlaser mit höchster Effizienz arbeitet, damit die Teilzykluszeit verkürzt werden kann, um die höheren Betriebskosten auszugleichen. Durch die Verkürzung der Zykluszeit kann ein Hersteller die Auswirkungen variabler und fester Kosten reduzieren und die Rentabilität steigern.

Glücklicherweise schneiden Faserlaser schnell. Schauen Sie einfach zu, wie sie auf einer Messe über ein Stück Blech auf und ab rasen. Leider schneiden die meisten Hersteller keine Teile mit langen und geraden Linien. Sie schneiden kleine Löcher und einzigartige geometrische Formen. In dieser Realität benötigt ein Hersteller eine schnelle Beschleunigung, um die linearen Geschwindigkeiten der Maschine nutzen zu können.

Beispielsweise wird eine 1G-Maschine, die mit 32,2 Fuß pro Quadratsekunde beschleunigt, deutlich von einer 2G-Maschine übertroffen, die mit der doppelten Geschwindigkeit beschleunigt. Wenn die Gs verdoppelt werden, benötigt die Maschine die halbe Zeit und die halbe Strecke, um die gleiche programmierte Geschwindigkeit zu erreichen.

Die Geschwindigkeit, mit der die Maschine in Kurven und engen Bögen abbremsen und aus ihnen heraus beschleunigen kann, hat oft einen größeren Einfluss auf die Zykluszeit als die Laserleistung oder die maximale Maschinengeschwindigkeit. Beschleunigung ist entscheidend.

Betrachten Sie zur weiteren Veranschaulichung das Laserschneiden von 20-Gauge-Aluminium mit einem 4-kW-Laser, der mit einer Geschwindigkeit von etwa 2.250 Zoll pro Minute schneiden kann. Wenn der Hersteller einen 3-Zoll-Schnitt schneidet. Bei einer 1G-Maschine wird dieser 4-kW-Laser niemals auf die mögliche Schnittgeschwindigkeit beschleunigen, bevor er mit der Abbremsung beginnen muss. Mittlerweile erreicht eine 6G-Maschine die Schnittgeschwindigkeit für 2,4 Zoll der 3 Zoll. Linie.

Wenn es um die Schnitteffizienz geht, hilft es auch, die Eilganggeschwindigkeit und die Beschleunigung zu berücksichtigen. Dabei wird der Schneidkopf bewegt, wenn der Laser nicht verwendet wird. Dies entspricht etwa 15 bis 25 Prozent der Schneidkopfbewegung über jedes Blech oder jede Platte. Maschinen, die höhere Eilganggeschwindigkeiten von mehr als 12.000 IPM liefern, benötigen eine hohe Beschleunigung, um die hohen Eilganggeschwindigkeiten nutzen zu können.

Viele der heute angebotenen Palettenwechsler sind für den Betrieb mit CO2-Lasern konzipiert, die im Vergleich zu Faserlasern viel langsamer schneiden. Sie verwenden höchstwahrscheinlich Hydraulik und der Austausch eines Blattes kann 35 bis 50 Sekunden dauern.

Die modernsten Palettenwechsler basieren auf servogetriebener Technologie und können eine Palette in weniger als 10 Sekunden wechseln. Wenn ein Fertigungsbetrieb typischerweise sechs bis zehn Mal pro Stunde Bleche wechselt, kann ein moderner Palettenwechsler ein bis zwei Stunden Schnittzeit pro Woche hinzufügen, die sonst mit langsamerer Materialhandhabungstechnologie möglicherweise nicht verfügbar wäre.

Wenn es um die Auswahl der Palettenwechslertechnologie geht, sollte ein Hersteller eine auswählen, die das dickste und schwerste Material verarbeiten kann, das er verarbeitet. Ein 1 Zoll großes, 5 x 10 Fuß großes Die Platte wiegt 2.100 Pfund. Für die meisten Geschäfte ist ein Palettenwechsler mit einem Gewicht von 2.200 Pfund erforderlich. Die Kapazität sollte ausreichend sein. Alles, was über diese Dicke hinausgeht, erfordert ein Hochleistungssystem, das für die Bewältigung der viel schwereren Lasten ausgelegt ist.

Nicht alle Metallverarbeiter benötigen einen Hochleistungslaser, insbesondere wenn sie nicht genug Arbeit haben, um ihre aktuelle Laserschneidmaschine zu beladen. Wenn beispielsweise nicht damit gerechnet wird, dass die Arbeitslast beim Laserschneiden in der Werkstatt steigt und sie nur die Hälfte einer Arbeitsschicht in Anspruch nimmt, wird die Investition in einen leistungsstärkeren Laser, um die Arbeitslast auf eine Viertelschicht zu reduzieren, wahrscheinlich keine gute Rendite bringen auf Investitionen.

Wenn Metallverarbeiter jedoch ihre derzeitige Laserschneidkapazität maximieren und möglicherweise eine weitere Schicht hinzufügen möchten, sollten sie sich unbedingt mit Hochleistungslasern befassen. Dies gilt insbesondere dann, wenn sie ältere Lasertechnologie verwenden.

Heutige leistungsstarke Faserlaser-Schneidemaschinen können zwei oder drei ältere Laser ersetzen. In einer Zeit, in der Hersteller Schwierigkeiten haben, zuverlässige und erfahrene Bediener zu finden, können sie tatsächlich in einen schnellen und effizienten Laser investieren und die Anzahl der benötigten Laserbediener reduzieren, indem sie diese für andere wichtige Aufgaben in der Werkstatt einsetzen.

Die Leistung von Faserlaserschneidmaschinen wird weiter zunehmen, wenn der Schneidkopf und die Materialhandhabungstechnologie die erhöhte Leistung ergänzen können. Hersteller werden die Kraft ausnutzen, wenn sie in der Lage sind, diese gefräßigen Schneidemaschinen zu versorgen. Dickes oder dünnes Material spielt keine Rolle.

Brian Kent ist Mitbegründer von Fairmont Machinery, 833-667-7889, [email protected], www.fairmontmachinery.com, einem Vertriebshändler für Eagle-Faserlaser.