Tia laser công suất cao có ý nghĩa như thế nào đối với một nhà máy chế tạo

Các nhà chế tạo không cần phải là một chuyên gia trong công nghệ cắt laser sợi quang để biết rằng nếu họ có thể cắt tấm 0,25 inch bằng tia laser 4 kW, họ có thể cắt nó nhanh hơn với nguồn điện laser 8 kW. Bây giờ hãy nghĩ xem họ có thể làm gì với máy cắt laser sợi quang 12 kW. Điều gì về một 15 kW?

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

Câu chuyện của công nghệ laser sợi quang công suất cao là về việc giảm thời gian xử lý trong quá trình cắt laser. Đó là lý do tại sao chúng ta đang thấy các nhà chế tạo kim loại mua một máy cắt laser công suất lớn 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 trước đây.

Cái nhìn cận cảnh hơn về cách chúng ta đến đây

Chỉ vào giữa những năm 2000 khi máy cắt laser CO ₂ công suất cao được coi là công cụ cần thiết để xử lý tấm thép một cách nhanh chóng và hiệu quả để tạo ra bộ áo giáp cho các phương tiện chở quân 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 tải trần không thể làm được.

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

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

Với công nghệ laser sợi quang, các nhà sản xuất có thể tăng sức mạnh của các máy công cụ này với việc bổ sung các mô-đun sản xuất laser. (Trong các mô-đun, ánh sáng phát ra từ điốt bán dẫn được kích thích trong sợi quang học pha tạp chất ytterbium cho đến khi tạo ra tia laser; tất cả các mô-đun được nối với một sợi hoạt động, sau đó được sử dụng để cung cấp chùm tia laser.) Đó là lý do tại sao gần đây tăng công suất xảy ra quá nhanh: Theo quan điểm công nghệ thuần túy, việc tăng thêm công suất không 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 trên các nhà máy của họ là hệ thống phân phối chùm tia không thể xử lý nhiều năng lượng 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 máy cắt laser đang tìm cách sản xuất 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 có nhiều khả năng xảy ra khi cắt 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 thúc đẩy máy cắt laser sợi quang trở thành một công cụ để cắt kim loại tấm mỏng. Khi vật liệu trở nên dày hơn, cần có một chùm tia rộng hơn để tạo ra nhiều kerf hơn để có thể loại bỏ kim loại nóng chảy.

Tia laser sợi quang công suất cao có ý nghĩa như thế nào đối với một xưởng chế tạo Một công ty nên xem xét phạm vi độ dày điển hình chiếm 80% công việc của mình. Nếu nó thực sự là thước đo mỏng, thì có thể không cần đến tia laser 15 kW. (Ngay cả khi một nhà máy có một tia 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 với 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 gauge — 6 đến 8 kW

0,25 đến 0,75 inch — 8 đến 10 kW

Trên 0,75 inch — 8 đến 15 kW

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

Có nghĩa là gì bằng cách nhanh chóng?

Chi phí vận hành có thể sẽ tăng lên khi mức công suất trên máy cắt laser sợi quang tăng lên. Nói chung, việc 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 ở hiệu suất cao nhất, do đó, thời gian một phần chu kỳ có thể được giảm xuống 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 và xuống một miếng kim loại tấm tại một triển lãm thương mại. Thật không may, hầu hết các nhà chế tạo không cắt các bộ phận có các đường thẳng và dài. Họ đang khoét những lỗ nhỏ và những hình dạng hình học độc đáo. Trong thực tế này, người chế tạo cần tăng tốc nhanh để tận dụng tốc độ tuyến tính của máy.

Ví dụ, máy 1G tăng tốc với tốc độ bình phương 32,2 feet / giây dễ dàng vượt trội hơn so với máy 2G, máy tăng tốc với tốc độ gấp đôi. Khi G được tăng gấp đôi, máy cần một nửa thời gian và một nửa quãng đường để đạt cùng tốc độ đã lập trình.

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

Để minh họa thêm, hãy xem xét việc cắt nhôm 20 khổ bằng laser bằng tia laser 4 kW có thể cắt ở tốc độ khoảng 2.250 inch mỗi phút. Nếu nhà chế tạo đang cắt 3-in. 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 là 2,4 inch của máy 3 inch. đường kẻ.

Khi thảo luận về hiệu quả cắt, nó cũng giúp xem xét tốc độ di chuyển ngang nhanh và gia tốc. Điều này liên quan đến chuyển động của đầu cắt khi không sử dụng laser, 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 gia 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 bị ràng buộc rất nhiều với khả năng của hệ thống trong việc tải các tấm hoặc tấm và dỡ các bộ phận và bộ xương đã cắt. Một nhà chế tạo sẽ không đạt được bất kỳ lợi thế nào về thời gian chu kỳ nếu 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 , loại laser này cắt giảm tốc độ chậm hơn nhiều so với laser sợi quang. Rất có thể họ sử dụng thủy lực và có thể mất 35 đến 50 giây để đổi một tờ.

Các thiết bị thay đổi 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 sáu đến 10 lần một giờ, thì một máy thay pallet hiện đại có thể thêm một đến hai giờ cắt mỗi tuần mà có thể không khả dụng với công nghệ xử lý vật liệu chậm hơn.

Việc tự động hóa việc xếp dỡ hàng hóa 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 đang 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 thời gian chết liên quan đến việc xử lý vật liệu chậm, đang thúc đẩy tia laser mà không có lý do.

Khi nói đến việc lựa chọn công nghệ thay đổi pallet, nhà chế tạo nên chọn một công nghệ có thể xử lý vật liệu dày nhất, nặng nhất mà nó xử lý. A 1 inch, 5 x 10 ft. tấm nặng 2,100 lbs. Đối với hầu hết các nhà máy, một máy thay đổi pallet với 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 tải trọng 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 nhà máy dự kiến ​​không tăng và chỉ tiêu thụ một nửa ca làm việc, thì việc trả tiền cho một tia laser mạnh hơn để giảm tải công việc xuống 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 mong muốn có thêm một sự thay đổi khác, 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 lớn ngày nay có thể thay thế hai hoặc ba laser cũ hơn. Trong thời điểm mà các nhà chế tạo gặp khó khăn trong việc tìm kiếm các nhà khai thác đáng tin cậy và có kinh nghiệm, họ thực sự có thể đầu tư vào một máy laser nhanh và hiệu quả và giảm số lượng nhà khai thác laser cần thiết, triển khai chúng cho các công việc quan trọng khác trong doanh nghiệp.

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