Влакно спроти CO2: Дефинитивна водичка за споредба за купувачите на ласерски машини за резање

Како работат влакнестите и CO₂ ласерите: Основни физички и инженерски разлики за Машини за резање со влакнест ласер

Бранова должина и апсорпција: Зошто влакнестите ласери ефикасно сечат метал, додека CO₂ ласерите преважно се користат за органска материја

Брановата должина на која работи ласерот игра клучна улога во начинот на кој тој взаемодействува со материјалите. Влакнестите ласери работат околу 1,06 микрометри, што е дел од блискиот инфрацрвен спектар. Оваа специфична бранова должина се апсорбира доста добро од слободните електрони на металните површини. Затоа, овие ласери се толку добри за брзо и ефикасно сечење на челик, нерѓосувачки челик, алуминиум и бакар. Од друга страна, CO₂ ласерите работат на околу 10,6 микрометри, што паѓа во средниот инфрацрвен опсег. Оваа бранова должина всушност соодветствува на вибрациите во органските молекули. Поради тоа, тие работат извонредно добро врз материјали како дрво, акрили, кожа и разни композитни материјали, каде што стапките на апсорпција често надминуваат 95 проценти. Повеќето метали, сепак, го рефлектираат повеќе од 90% од зрачењето со бранова должина од 10,6 микрометри, додека неметалните материјали можат да рефлектираат до 40% од светлината со бранова должина од 1,06 микрометри. Сигурно постои забележлива разлика помеѓу можностите на секој тип, која потекнува од основните принципи на однесувањето на светлината.

Архитектура на ласерскиот извор: Волокнени посилувачи со диодно поттикнување споредување со цевки за гасен разряд возбудени со RF

Влакнестите ласери работат со внесување на енергија во силиконски влакна допирани со итербиум, користејќи високо ефикасни диоди. Резултатот е посилен светлински зрак кој патува низ флексибилна оптичка патека интегрирана во брановоди. Што ги прави овие ласери посебни? Нивната цврста состојба значи дека нема потреба од оптика во слободен простор, огледала или тие досадни потрошувачки гасови. Ова конфигурација обезбедува импресивна ефикасност на влезна моќност над 30%, како и многу добра квалитетност на ласерскиот зрак што се истакнува во споредба со другите опции. Од друга страна, CO₂ ласерите функционираат сосема различно. Тие зависат од RF-возбудени цевки со гасен разряд кои содржат смеса од CO₂, азот и хелиум. Кога електричната струја ќе го погоди овој гасовит состав, започнуваат да се возбудуваат вибрациите во молекулите на CO₂, што потоа произведува фотони. Овие фотони се одбиваат во резонантна шуплина со огледала сè додека не излезат како ласерска светлина. Но, постои една препрека. Одржувањето на овие системи вклучува прецизна пораменост на огледалата, редовно пополнување на гасот и управување со загревањето. Сите овие фактори придонесуваат за многу пониски стапки на ефикасност помеѓу 10% и 15%, без да споменуваме значително зголемените потреби од одржување со текот на времето.

Совместливост на материјалот и перформанси во врска со дебелината кај машините за резање со влакнаст ласер

Метали (челник, нерѓослив челик, алуминиум)

Ласерските резачи со влакна денеска практично го зазеле местото на другите во работилниците за изработка на метал. Кога станува збор за системи со висока моќност над 15 kW, тие можат да режат челик со висока содржина на јаглерод дебел до 30 mm, нерѓослив челик дебел до околу 25 mm, а исто така и алуминиумски плочи со дебелина од 12 mm. За потенки материјали, потенки од 6 mm, ласерите со влакна обично работат 3 до 5 пати по-брзо во споредба со традиционалните CO₂ ласери, бидејќи металите подобро апсорбираат светлина на тој бранов долгина од 1,06 микрометар. Но, нештата почнуваат да стануваат посложени кога дебелината на материјалот ќе премине 12 mm. Рабовите повеќе не изгледаат толку чисти. Ширината на резот се зголемува за 15% до 30%, аглите на конусност надминуваат 2 степени, а онези досадни капки од стопен метал, наречени „дроз“, се прилепуваат по често на резот. За да се справат со ова, операторите обично мора да го намалат брзината на поместување, да го зголемат притисокот на помошниот гас и понекогаш да користат дополнително полирање или шлифирање за постигнување завршен изглед.

Неметали (дърво, акрил, композити)

Повеќето влакнести ласери едноставно не работат добро со неметални материјали. На околу 1,06 микрометри, овие ласери имаат тенденција да се одбиваат од површини кои лошо го водат струјата, како што се дрвото, акрилот и композитните материјали направени од слоеви. Тоа што следува исто така не е пријатно. Енергијата не се спојува правилно со материјалот. Акрилот се чарли или изгорува на непредвидливи начини, оставајќи зад себе стопени или маглини краеви наместо глатката завршна обработка што е можно со CO₂ ласерите. Често и пластиките армирано со влакна страдаат од проблеми со одвојување на слоевите. Тука CO₂ ласерите навистина сјајат. Нивната бранова должина изнесува околу 10,6 микрометри, што значи дека повеќе од 98 проценти од енергијата се апсорбира од органските материјали. Ова резултира со почисти резови преку испарување наместо стопување, со многу малку топлина која се шире во областа надвор од резот. Работилниците кои работат со разни видови материјали треба сериозно да размислат за одржување на CO₂ ласери достапни за оние задачи каде што влакнестите ласери едноставно не можат да направат рез.

Брзина на резање, прецизност и топлинско влијание: Реални референтни вредности за перформанси

Предност во брзина: побрзи при тенки метали (<6 мм), но конвергенција и обратен тренд над 12 мм

Кога работите со проводни метали по-тени од 6 мм, фибер ласерите навистина се истакнуваат во споредба со CO₂ алтернативите, обично скратувајќи го времето на обработка за околу три до пет пати. Причината е подобро апсорбирање на материјалот комбинирано со можноста да се создадат многу поостри фокусни точки во опсегот на брановата должина од 1,06 микрометар. Ситуацијата станува интересна кога се работи со материјали дебели околу 12 мм. За некои непроводни неметални супстанции како што се акрилните плочи со дебелина од 15 мм или средно гъсти фибролитни плочи (MDF), традиционалните CO₂ системи всушност можат да имаат предност од околу 15 до 20 проценти. Ова се случува затоа што фотоните со подолга бранова должина проникнуваат подлабоко и се распределуваат поеднакво низ овие материјали на нивната карактеристична бранова должина од 10,6 микрометар.

Метрики за квалитетот на рабовите: ширина на резот, конусност, формирање на шлака и разлики во зоната влијани од топлината (HAZ) според материјалот и дебелината

Влакнестите ласери создаваат многу потесни резови и практично вертикални резови при работа со тенки метали, бидејќи имаат поголема светлост и можат да фокусираат светлината многу посилно. Начинот на кој овие ласери концентрираат својата енергија резултира со зона влијани од топлината (HAZ) која е околу 60% помала во споредба со CO₂ ласерите на нерѓослив челик со дебелина помала од 6 мм. Ова прави голема разлика во запазувањето на оригиналната микроструктура на металот и одржувањето на неговата отпорност кон корозија. Од друга страна, CO₂ ласерите не се толку точни при резање на метали, но работат извонредно добро со поголеми пластични материјали со дебелина над 8 мм, каде што оставаат по-гладки и по-сјајни рабови. Исто така, тие обично произведуваат помалку шлака при резање на органска материја, бидејќи материјата се испарува почисто во текот на процесот.

Вкупна цена на сопственост: Економија на машините за резање со влакнест ласер споредена со CO₂

Првична цена, енергетска ефикасност, одржување (без огледала/гориво, подолг живот на диодите) и временски рамки за вратен инвестициски капитал (ROI)

Машините за резање со влакнест ласер обично струваат околу 15 до 25 проценти повеќе на почетокот во споредба со сличните CO₂ системи, но многу работилници откриваат дека го надоместуваат овој дополнителен трошок преку подобриот секојдневен перформанс. Овие влакнести ласери всушност користат околу 30 до 50% помалку електрична енергија. Додека нивното работење струва приближно 80 центи по час, CO₂ машините можат да работат од 2,50 до повеќе од 3 долари по час за истата работа. Тоа е бидејќи влакнестите ласери претвораат електрична енергија во светлина многу поефикасно, постигнувајќи ефикасност од повеќе од 30%, во споредба со само 10 до 15% кај традиционалните CO₂ единици. Одржувањето е уште еден голем предност за влакнестата технологија. Не постојат деликатни огледала кои треба постојано да се чистат или поравнуваат, нема комплицирани мешавини на гасови за пополнување, а диодните пумпи траат значително подолго од стандардните CO₂ цевки, кои треба да се заменуваат секој 20.000 до 40.000 часа. Повеќето работилници потрошуват помеѓу 3 и 8% од вредноста на машината за годишно одржување, но влакнестите ласери ретко предизвикуваат неочекувани исклучувања благодарение на нивната чврста изградба и самопоравнувачка природа. А кога ќе ги споредиме брзините на обработка на потенки материјали, влакнестите ласери се 3 до 5 пати побргу од CO₂-аналозите. За повеќето компании за метална обработка, тоа значи дека ќе го вратат почетниот инвестиционен трошок само за една до две години од операцијата.

ЧПЗ

1. Кои материјали најдобро се сечат со влакнести ласери?
   Влакнестите ласери превазилазат при сечење на метали како што се челик, нерѓослив челик, алуминиум и бакар, особено за материјали со дебелина до 30 мм.
2. Зошто CO₂ ласерите се предпочитани за сечење на неметали?
   CO₂ ласерите работат на бранова должина која добро се апсорбира во органските материјали како што се дрвото, акрилите и композитните материјали, што ги прави идеални за сечење на такви материјали со глатки рабови.
3. Како се споредуваат влакнестите ласери со CO₂ ласерите по брзина?
   Влакнестите ласери можат да сечат тенки метали три до пет пати побрзо од CO₂ ласерите поради подобра апсорпција на материјалот и поостар фокус на брановата должина од 1,06 микрометар.
4. Што се разликите во одржувањето помеѓу влакнестите и CO₂ ласерите?
   Влакнестите ласери бараат помалку одржување, бидејќи имаат цврст-стандарден дизајн без огледала или потреба од дополнување на гас. Исто така, имаат подолг век на траење на диодите во споредба со CO₂ ласерите.
5. Што се трошоците поврзани со употребата на влакнести ласери?
   Иако постојат повисоки почетни трошоци, влакнестите ласери нудат пониска потрошувачка на енергија и пониски трошоци за одржување, што често води до враќање на инвестициите (ROI) во рок од една до две години.