Laser công suất cao có ý nghĩa gì đối với ngành công nghiệp chế tạo

Nó không chỉ cắt các vật liệu dày, đó là quá trình cắt giảm thời gian

Các nhà chế tạo không cần phải là chuyên gia về công nghệ cắt laser sợi quang để biết rằng nếu họ có thể cắt tấm 0,25 inch bằng tia laser 4 kW, thì họ có thể cắt tấm đó nhanh hơn bằng nguồn năng lượng laser 8 kW. Giờ hãy nghĩ xem họ có thể làm gì với máy cắt laser sợi quang 12 kW. Còn công suất 15 kW thì sao?

Những lựa chọn đó hiện có sẵn cho các nhà chế tạo kim loại, nhưng nếu chỉ tập trung vào việc cắt kim loại dày bằng các laser sợi quang công suất cao mới này sẽ là sai lầm. Những máy 10, 12 và thậm chí 15 kW này có thể làm được nhiều việc hơn ngoài việc cắt các vật liệu dày, ngay cả khi đó có thể là điều đầu tiên mà một nhà chế tạo kim loại nghĩ đến khi nói về những máy công cụ mạnh mẽ này. Thực tế là phần lớn các công ty chế tạo kim loại ở Bắc Mỹ gia công kim loại có độ dày 0,25 inch hoặc mỏng hơn. Đơn giản là không có nhiều cửa hàng yêu cầu cắt laser các kim loại đặc biệt rất dày cho những thứ như lò phản ứng hạt nhân. Những loại ứng dụng này không phong phú.

Câu chuyện về công nghệ laser sợi quang công suất cao là về việc giảm thời gian quy trình cắt laser. Đó là lý do tại sao chúng ta thấy các nhà chế tạo kim loại mua một máy cắt laser công suất cao để thay thế hai hoặc thậm chí ba máy laser cũ hơn. Họ có thể lấy các bộ phận ra khỏi giường laser nhanh hơn và rẻ hơn bao giờ hết.

Nhìn kỹ hơn về cách chúng tôi đến đây

Chỉ đến giữa những năm 2000, máy cắt laser CO ₂ công suất cao mới được coi là công cụ cần thiết để xử lý tấm một cách nhanh chóng và hiệu quả nhằm tạo ra các bộ áo giáp cho xe quân sự của Hoa Kỳ được triển khai ở Afghanistan và Iraq. Các thiết bị nổ cải tiến là một mối đe dọa lớn và các bộ dụng cụ bảo vệ quân nhân theo cách mà các phương tiện vận chuyển trần trụi không thể làm được.

Chỉ vài năm sau, công nghệ laser sợi quang ra mắt và tỷ lệ sử dụng nó bùng nổ vào giữa thập kỷ này. Không cần phải lo lắng về việc làm sạch gương hoặc thấu kính, kiểm tra đáy và căn chỉnh chùm tia, các nhà chế tạo đã tìm ra một công cụ cắt mới cần ít bảo trì và chi phí vận hành chỉ bằng một nửa chi phí vận hành hệ thống CO ₂ .

Laser sợi quang cũng tạo ra bước sóng chùm tia ngắn hơn khoảng 10 lần so với bước sóng chùm tia 10 micron kết hợp với bộ cộng hưởng CO _{2 .} Chùm tia hội tụ này tạo ra mật độ năng lượng cao hơn, khi được kết hợp với tốc độ hấp thụ cao hơn của công nghệ, sẽ chuyển thành tốc độ cắt vượt xa tốc độ cắt của laser CO ₂ , đặc biệt là ở độ dày vật liệu nhỏ hơn 0,25 inch.

Với công nghệ laser sợi quang, các nhà sản xuất có thể tăng sức mạnh của các máy công cụ này bằng cách bổ sung các mô-đun sản xuất laser. (Trong các mô-đun, ánh sáng phát ra từ các đi-ốt bán dẫn được kích thích trong sợi quang pha tạp ytterbium cho đến khi tạo ra tia la-ze; tất cả các mô-đun được ghép vào một sợi quang hoạt động, sau đó được sử dụng để truyền chùm tia la-ze.) Đó là lý do tại sao các mô-đun gần đây việc tăng công suất diễn ra quá nhanh: Từ quan điểm công nghệ thuần túy, việc bổ sung công suất không hề phức tạp. Trên thực tế, các hệ thống hàn laser sợi quang ngày nay có thể vượt quá 100 kW trong một số trường hợp.

Lý do mà các nhà chế tạo không có hệ thống 100 kW trong xưởng của họ là vì hệ thống phân phối chùm tia không thể xử lý nhiều điện năng như vậy. Đó là lý do tại sao rất nhiều nghiên cứu đang được thực hiện trong thiết kế đầu cắt. Mỗi nhà sản xuất hệ thống cắt laser đang tìm cách tạo ra một đầu cắt đáng tin cậy có thể cung cấp chùm tia laser sợi quang trong một khoảng thời gian dài khi đối mặt với các điều kiện cắt khắc nghiệt, điều này thường xảy ra khi cắt các vật liệu dày.

Trong những năm gần đây, các nhà sản xuất máy công cụ tương tự đã phát triển quang học đầu cắt có thể điều chỉnh kích thước chùm tia trong quá trình cắt. Sự phát triển công nghệ này đã đẩy máy cắt laser sợi quang trở thành một công cụ hoàn toàn để cắt kim loại tấm mỏng. Khi vật liệu trở nên dày hơn, cần có chùm tia rộng hơn để tạo ra nhiều vết cắt hơn để có thể loại bỏ kim loại nóng chảy.

Laser sợi quang công suất cao có ý nghĩa gì đối với cửa hàng chế tạoLaser sợi quang công suất cao có ý nghĩa gì đối với cửa hàng chế tạoVậy một nhà chế tạo cần một loại laser sợi quang mạnh đến mức nào? Một công ty nên xem xét phạm vi độ dày điển hình chiếm 80% công việc của mình. Nếu đó là thước đo thực sự mỏng, thì không cần thiết phải sử dụng tia laser 15 kW. (Ngay cả khi một cửa hàng có máy laser sợi quang 15 kW, nó sẽ giảm công suất xuống 6 kW và cắt vật liệu mỏng đó với tốc độ rất nhanh và chi phí thấp.)

Dưới đây là một số quy tắc chung để cắt kim loại thông thường như thép, thép không gỉ hoặc nhôm bằng nitơ:

Lên đến 9 máy đo—6 đến 8 kW

0,25 đến 0,75 in.—8 đến 10 kW

Trên 0,75 in.—8 đến 15 kW

Hãy nhớ rằng một nhà chế tạo có máy công suất cao có thể sản xuất nhiều bộ phận hơn mỗi giờ và chi phí bộ phận giảm mạnh khi công suất tăng. Nhưng điều này chỉ xảy ra nếu máy cắt laser đủ nhanh để phát huy tối đa sức mạnh của máy.

Điều gì có nghĩa là nhanh chóng?

Chi phí vận hành có thể sẽ tăng lên khi mức năng lượng trên máy cắt laser sợi quang tăng lên. Nói chung, tăng gấp đôi công suất sẽ làm tăng chi phí vận hành laser từ 20 đến 30 phần trăm. Đó là lý do tại sao điều quan trọng là laser sợi quang phải hoạt động với hiệu suất cao nhất, để có thể giảm thời gian một phần chu kỳ để bù đắp chi phí vận hành cao hơn. Bằng cách giảm thời gian chu kỳ, nhà chế tạo có thể giảm tác động của chi phí biến đổi và chi phí cố định, đồng thời tăng lợi nhuận.

May mắn thay, laser sợi quang cắt nhanh . Chỉ cần xem họ chạy đua lên xuống một tấm kim loại tại một triển lãm thương mại. Thật không may, hầu hết các nhà chế tạo không cắt các bộ phận có đường thẳng và dài. Họ đang cắt những lỗ nhỏ và những hình dạng hình học độc đáo. Trong thực tế này, một nhà chế tạo cần tăng tốc nhanh để tận dụng tốc độ tuyến tính của máy.

Chẳng hạn, máy 1G tăng tốc ở tốc độ 32,2 feet mỗi giây bình phương dễ dàng vượt trội so với máy 2G, vốn tăng tốc với tốc độ gấp đôi. Khi Gs được nhân đôi, máy cần một nửa thời gian và một nửa quãng đường để đạt được cùng tốc độ đã lập trình.

Tốc độ mà máy có thể giảm tốc khi vào và tăng tốc khi ra khỏi các góc cua và vòng cung hẹp thường có tác động lớn hơn đến thời gian chu kỳ so với công suất laze hoặc tốc độ tối đa của máy. Tăng tốc là rất quan trọng.

Để minh họa thêm, hãy xem xét cắt laser nhôm khổ 20 bằng laser 4 kW có thể cắt ở tốc độ khoảng 2.250 inch mỗi phút. Nếu nhà chế tạo đang cắt 3-in. phù hợp với máy 1G, tia laser 4 kW đó sẽ không bao giờ tăng tốc đến tốc độ cắt tiềm năng trước khi nó phải bắt đầu giảm tốc. Trong khi đó, máy 6G sẽ có tốc độ cắt 2,4 inch so với máy 3 inch. hàng.

Khi thảo luận về hiệu quả cắt, nó cũng giúp xem xét tốc độ di chuyển nhanh và gia tốc. Điều này liên quan đến chuyển động của đầu cắt khi không sử dụng tia laser, chiếm khoảng 15 đến 25 phần trăm chuyển động của đầu cắt trên mỗi tấm hoặc tấm. Các máy cung cấp tốc độ di chuyển nhanh cao hơn, lớn hơn 12.000 IPM, yêu cầu khả năng tăng tốc cao để tận dụng tốc độ di chuyển nhanh cao.

Tận dụng tối đa trao đổi vật chất

Tất nhiên, thời gian xử lý trên máy cắt laser sợi quang phụ thuộc rất nhiều vào khả năng của hệ thống để tải các tấm hoặc tấm và dỡ các bộ phận và khung đã cắt. Một nhà chế tạo sẽ không đạt được bất kỳ lợi thế nào về thời gian chu kỳ nếu họ phải đợi vài phút để chuyển động vật liệu diễn ra.

Rất nhiều thiết bị thay đổi pallet được cung cấp ngày nay được thiết kế để hoạt động với laser CO ₂ , vốn cắt với tốc độ chậm hơn nhiều so với laser sợi quang. Rất có thể chúng sử dụng thủy lực và có thể mất từ ​​35 đến 50 giây để trao đổi một tờ giấy.

Các thiết bị thay pallet hiện đại nhất dựa trên công nghệ điều khiển bằng servo và có thể hoán đổi pallet trong vòng chưa đầy 10 giây. Nếu một hoạt động chế tạo thường thay đổi các tấm từ 6 đến 10 lần một giờ, thì một máy thay đổi pallet hiện đại có thể tăng thêm một đến hai giờ thời gian cắt mỗi tuần mà có thể không khả dụng với công nghệ xử lý vật liệu chậm hơn.

Việc tự động hóa tải và dỡ hàng này là rất quan trọng. Một nhà chế tạo có thể cắt và lấy tấm hoặc tấm đó ra và thay thế trong vài giây sẽ đạt được sản lượng tối đa từ máy cắt laser sợi quang của mình. Một nhà chế tạo có thể cắt nhanh hơn, nhưng vẫn gặp phải thời gian ngừng hoạt động liên quan đến việc xử lý vật liệu chậm, đang sử dụng tia laser mà không có lý do.

Khi nói đến việc lựa chọn công nghệ máy thay pallet, nhà chế tạo nên chọn công nghệ có thể xử lý vật liệu dày nhất, nặng nhất mà họ xử lý. A 1 inch, 5 x 10 ft. tấm nặng 2.100 lbs. Đối với hầu hết các cửa hàng, một bộ chuyển đổi pallet có tải trọng 2.200 lb. công suất phải đủ. Bất cứ thứ gì vượt quá độ dày đó đều yêu cầu một hệ thống hạng nặng được thiết kế để quản lý các tải nặng hơn nhiều.

Laser công suất cao cho tất cả?

Không phải tất cả các nhà chế tạo kim loại đều cần một tia laser công suất cao, đặc biệt nếu nó không có đủ công việc để tải máy cắt laser hiện tại của mình. Ví dụ: nếu khối lượng công việc cắt laser của cửa hàng dự kiến ​​sẽ không tăng và chỉ tiêu tốn một nửa ca làm việc, thì việc trả tiền cho một tia laser mạnh hơn để giảm khối lượng công việc xuống còn một phần tư ca có thể sẽ không mang lại lợi nhuận tốt về đầu tư.

Nhưng nếu các nhà chế tạo kim loại đang tối đa hóa công suất cắt laser hiện tại của họ và tìm cách có thể thêm một ca làm việc khác, thì họ chắc chắn nên xem xét các loại laser công suất cao. Điều này đặc biệt đúng nếu họ đang sử dụng công nghệ laser cũ hơn.

Máy cắt laser sợi quang công suất cao ngày nay có thể thay thế hai hoặc ba máy laser cũ hơn. Trong thời điểm mà các nhà chế tạo gặp khó khăn trong việc tìm kiếm những người vận hành đáng tin cậy và có kinh nghiệm, họ thực sự có thể đầu tư vào một loại máy laser nhanh và hiệu quả, đồng thời giảm số lượng người vận hành máy laser cần thiết, triển khai họ vào các công việc quan trọng khác trong xưởng.

Máy cắt laser sợi quang sẽ tiếp tục phát triển về công suất nếu đầu cắt và công nghệ xử lý vật liệu có thể bổ sung cho công suất gia tăng. Các nhà chế tạo sẽ tận dụng sức mạnh nếu họ có thể nuôi những cỗ máy cắt xén này. Chất liệu dày hay mỏng không quan trọng.