Волана против ЦО2: Окончатан водич за поређење за купце ласерских резача

Како ради ласер са влакна и ЦО2: основне физичке и инжењерске разлике за Машине за резање ласера од влакана

Таласна дужина и апсорпција: Зашто влакна ефикасно режу метал док ЦО2 надмашује органске материје

Таласна дужина на којој ласер ради игра кључну улогу у томе како он интеракционише са материјалима. Ласери од влакана раде око границе од 1,06 микрометра, која је део блиског инфрацрвеног спектра. Ова таласна дужина се прилично добро апсорбује слободним електронима на металним површинама. Зато су ови ласери тако добри у резању челика, нерђајућег челика, алуминијума и бакра брзо и ефикасно. С друге стране ствари, ласери СО2 радију на око 10,6 микрометра, падајући у средњи инфрацрвени опсег. Ова таласна дужина заправо одговара вибрацијама које се налазе у органским молекулама. Из тог разлога, они су веома добри на материјалима као што су дрво, акрил, кожа и различити композитни материјали где стопа апсорпције често прелази 95 одсто. Већина метала има тенденцију да одбија више од 90% зрачења од 10,6 микрометра, док неметални материјали могу одражавати чак 40% светлости од 1,06 микрометра. Дефинитивно постоји значајна разлика између онога што сваки тип може да уради, све што произилази из основних принципа понашања светлости.

Архитектура ласерског извора: Диод-помпани појачачи влакна против РФ-возбуђених гасних пуцања

Ласери од влакана раде тако што пумпају енергију у силикана влакана допирана итербијем помоћу високоефикасних диода. Резултат је појачано светло које путује дуж флексибилног оптичког путања интегрисаног у таласне вође. Шта чини ове ласере посебним? Њихова конструкција у чврстом стању значи да није потребна оптика, огледала или те досадни гасови. Ова конфигурација пружа импресивну ефикасност са станом на површини преко 30% плус заиста добар квалитет греде који се истиче у поређењу са другим опцијама. С друге стране, ласери СО2 функционишу сасвим другачије. Они зависе од РФ узбуђених гасних пуцања која садрже мешавину ЦО2, азота и хелија. Када електрична енергија удари у ову гасну смешу, она покреће узбудљиве вибрације у молекулама СО2 које затим производе фотоне. Ови фотони одскачу из резонаторске шупљине док не избегну као ласерска светлост. Али постоји и улов. Одржавање ових система подразумева пажљиво усклађивање огледала, редовно пуњење гаса и управљање топлотом. Сви ови фактори доприносе много нижим стопама ефикасности између 10 и 15%, а да не помињемо значајно повећане потребе за одржавањем током времена.

Компатибилност материјала и дебљине машина за резање ласера од влакана

Метали (чвора, нерђајућих, алуминијума)

Ласерски резачи са влаконцем су данас у потпуности освојили радње за метале. Када говоримо о системима велике снаге изнад 15 кВт, они могу да режу угљенски челик дебелине до 30 мм, да управљају нержавим челиком до око 25 мм, па чак и да управљају алуминијумским плочама дебелине 12 мм. За танче материјале испод 6 мм, ласери од влакана обично раде око 3 до 5 пута брже у поређењу са традиционалним ласерима од ЦО2 јер метали боље апсорбују светлост на тој таласној дужини од 1,06 микрометра. Али ствари постају занимљиве када дебелина материјала пређе 12 мм. Ивице више не изгледају тако чисте. Ширине резања се шире од 15 до 30%, углови сунице су већи од 2 степена, а те досадне костице топљеног метала које се називају шлакаче чешће се прилепљују резу. Да би се суочили с тим, оператери обично морају успорити брзину подавања, повећати притисак гаса за помоћ, а понекад и прибећи додатном полирању или брушивању за завршен изглед.

Неметални (дрво, акрил, композити)

Већина ласера од влакана једноставно не ради добро са неметалним материјалима. На око 1,06 микрона, ови ласери имају тенденцију да одскачу од површина које лоше проводе електричну енергију као што су дрво, акрил и композитни материјали направљени од слојева. Оно што се догоди следеће није ни лепо. Енергија се не пари правилно са материјалом. Акрил се угоји или спали на непредвидиве начине, остављајући иза себе топе или мутне ивице уместо глатке завршнице могуће са ласерима СО2. Пластике подкрепљене влаканама често пате од проблема са раздвајањем слојева. Али, тамо ласери СО2 заиста сјају. Њихова таласна дужина је око 10,6 микрона што значи да се преко 98 одсто апсорбује органским материјалима. То ствара чистије резе кроз испарење уместо топљења, са врло малом топлотом која се шири изван подручја реза. Магазине које се баве свим врстама различитих материјала треба да озбиљно размисле о томе да држе ласере СО2 доступне за оне послове где влакна једноставно не могу да се режу.

Брзина сечења, прецизност и топлотни утицај: Реални мерили за перформансе

Предност брзине: брже на танким металима (< 6 мм), али конвергенција и обрт изнад 12 мм

Када се ради са проводним металима танчијим од 6 мм, ласери од влакана заиста сјају у поређењу са алтернативама за СО2, обично смањујући време обраде за око три до пет пута. Зашто је то било тако? Боље стопе апсорпције материјала у комбинацији са способношћу да се креирају много чврстије фокусне тачке у распону таласних дужина од 1,06 микрометра. Али ствари постају занимљиве када се ради о материјалима дебелине око 12 мм. За неке нерефлективне неметалне супстанце као што су 15 мм акрилне плоче или плоча са средњом густином влакна (МДФ), традиционални системи СО2 могу заправо да раде боље за око 15 до 20 посто. То се дешава зато што ти фотони дужих таласних дужина продирују дубље и равномерније се шире кроз ове материјале на њиховом карактеристичном подешавању од 10,6 микрометра.

Метрике квалитета ивице: ширина ивице, конер, формирање шлака и разлике ХАЗ по материјалу и дебљини

Ласери од влакана стварају много ближе резе и скоро вертикалне резе када раде са танким металима јер имају већу сјајност и могу да фокусирају светлост тако чврсто. Начин на који ови ласери концентришу своју енергију резултира топлотом погођеном зоном (HAZ) која је око 60% мања у поређењу са CO2 ласерима на материјалима од нерђајућег челика дебелине мањој од 6 мм. То чини велику разлику у очувању првобитне микроструктуре метала и одржавању његове отпорности на корозију. С друге стране, ласери СО2 нису тако прецизни са металима, али раде добро за дебљи пластик од 8 мм, где остављају глатке и сјајније ивице. Такође имају тенденцију да производе мање шлака када сече органске материјале јер материјал има тенденцију да се испара чистије током процеса.

Укупни трошкови власништва: Економија ласерске машине за резање влакана у односу на ЦО2

Напредни трошкови, ефикасност енергије, одржавање (без огледала/гаса, дужи живот диоде) и временски план повратне приносе

Машине за резање ласером са влаконским влакнама обично коштају око 15 до 25 посто више у односу на сличне системе са CO2, али многе продавнице сматрају да надокнађују овај додатни трошак бољим свакодневним перформансима. Ови ласери од влакана заправо користе око 30 до 50% мање енергије. Док их управљање кошта око 80 центи на сат, машине за CO2 могу радити од 2,50 до преко 3 долара на сат радијући исти посао. То је зато што ласери од влакана много ефикасније претварају електричну енергију у светлост, постижући преко 30% ефикасности у поређењу са само 10 до 15% за традиционалне углородне јединице. Удршка је још један велики плус за технологију влакана. Нема деликатних огледала којима је потребно стално чишћење или усклађивање, нема сложених мешавина гаса које би требало да бринете о пуњењу, а те диодне пумпе трају много дуже од стандардних ЦО2 цеви које треба заменити сваких 20.000 до 40.000 сати. Већина продавница троши између 3 и 8% вредности своје машине на годишње одржавање, али ласери од влакана ретко изазивају неочекивано искључивање захваљујући њиховој чврстој конструкцији и само-изређивању. А када погледамо брзину обраде на танкијим материјалима, ласери од влакана сече 3 до 5 пута брже од CO2 аналога. За већину предузећа за производњу метала, то значи да ће се та почетна инвестиција вратити само за једну до две године рада.

Често постављене питања

1. Који материјали се најбоље режу ласерима са влаконским ласерима?
   Ласери са влаконским ласерима су одлични у сечењу метала као што су челик, нерђајући челик, алуминијум и бакар, посебно за материјале до 30 мм дебелине.
2. Зашто се CO2 ласери преферирају за сечење неметала?
   Ласери СО2 раде на таласној дужини која добро апсорбује органске материјале као што су дрво, акрилни материјал и композитни материјали, што их чини идеалним за сечење таквих материјала са глатким ивицама.
3. Како се ласери од влакна упоређују са ласерима од ЦО2 у погледу брзине?
   Ласери са влаконом могу сећи танке метале три до пет пута брже од ласера са СО2 због боље апсорпције материјала и чврстијег фокуса на таласној дужини од 1,06 микрометра.
4. Које су разлике у одржавању између ласера од влакана и CO2?
   Ласери од влакана захтевају мање одржавања, јер имају дизајн чврстог стања без огледала или гаса који се треба поново напунити. Такође имају корист од дужег живота диода у поређењу са CO2 ласерима.
5. Које су последице трошкова коришћења ласера од влакана?
   Упркос већим претходним трошковима, ласери са влаконским влаконцем нуде нижу потрошњу енергије и трошкове одржавања, често водећи до РОИ-а у року од једне до две године.