CNC lasery z Číny
Príklad možnej špecifikácie - vláknový laser na rezanie kovov
| Pracovné rozmery stola | 1500 x 3000 mm |
|---|---|
| Maximálna rýchlosť pohybu | 100 mm/min |
| Maximálna pracovná rýchlosť | 25 mm/min |
| Chladenie | vodou |
| Laser | IPG Photonics |
| Výkon lasera | 1000 W |
| Príkon lasera | 1,9 kW |
| Pozičná presnosť | 0,03 mm |
| Repozičná presnosť | 0,02 mm |
| Minimálna šírka rezu | 0,1 mm |
| Hĺbka rezu | 0,2 mm – 12 mm (uhlíková oceť), resp. 6 mm (nerez) |
| Motor | Servomotor Yasakawa (Japonsko) |
Bezdrôtové ovládanie, automatické zaostrovanie (nastavenie ohniskovej vzdialenosti podľa vlnitosti rezaného materiálu)
Poznámka: pri rezaní 6 mm materiálu z nerezu je potrebné dodávať kyslík z externého zdroja (tlakovej nádoby). Stroj je vybavený portom na pripojenie nádoby.
V súčasných priemyselných aplikáciách sa laser používa na množstvo operácií, ako je laserové značenie a popisovanie, priemyselné značenie, gravírovanie, rezanie alebo zváranie.
Typ aplikácie tiež určuje vhodnosť niektorého zo základných typov laserov:
ND:YAG lasery
Ide o historicky najstarší typ používaný v priemyselných aplikáciách. Používajú sa Nd:YAG lasery poháňané buď výbojkami (LPSS - lamp pumped solid state) alebo laserovými diódami (DPSS - diode pumped solid state).
LPSS Nd:YAG lasery majú nízku účinnosť premeny elektrickej energie na svetelnú, pretože veľká časť energie výbojky sa nevyužíva a mení sa na teplo (je potrebné chladenie vodou). DPSS Nd:YAG lasery majú vyššiu účinnosť a lepšiu kvalitu zväzku.
V súčasnosti sa lasery LPSS Nd:YAG používajú najmä v pulznom režime na laserové zváranie (aplikácie vyžadujúce hlboký zvar a malé teplotnou ovplyvnené zóny) a vŕtanie (napr. v leteckom priemysle na vŕtanie ušľachtilých ocelí a zliatin). Výhodou týchto laserov je vysoká energia impulzov (až 100J@ms), ktorú tieto aplikácie vyžadujú. Nevýhodou je nízka účinnosť, vysoké požiadavky na chladenie, vysoké prevádzkové náklady a krátka životnosť výbojok (~1000 h).
DPSS Nd:YAG lasery sa používajú najmä v tzv. Q-prepínanom pulznom režime, kde laser generuje veľmi krátke impulzy v rozsahu ns a priemerný výkon sa pohybuje do 100 W. Používa sa najmä na značenie a gravírovanie kovov, plastov a iných materiálov. V porovnaní s lasermi LPSS má vyššiu účinnosť, dlhšiu životnosť a menšie požiadavky na chladenie. Používanie týchto laserov však už niekoľko rokov výrazne klesá a nahrádzajú ich vláknové pulzné lasery, ktoré ponúkajú v podstate len výhody.
Diskový laser
Princíp je podobný ako pri Nd:YAG laseri, ale aktívnym médiom je tu malý disk. Výhodou je rovný teplotný profil naprieč diskom, ktorý umožňuje dosahovať vysoké výkony (až do 16 kW) s dobrou kvalitou výstupného zväzku, čo bol práve pri Nd:YAG laseroch veľký problém.
Uplatnenie nachádza najmä pri výkonovo náročných operáciách, ako je zváranie a rezanie kovov. Nevýhodou diskových laserov je nižšia účinnosť (15 - 20 %) a nižšia životnosť ako pri vláknových laseroch.
Vláknový laser
Vláknový (fibre alebo fiber) laser je technologicky najpokročilejší typ pevnolátkového lasera, ktorého aktívnym prostredím je dlhé optické vlákno dopované ytterbiom. Excitácia z laserových diód sa vedie cez optický spojovač do aktívneho vlákna a namiesto zrkadiel sú tu Bragove mriežky, čo sú štruktúry vytvorené priamo na optickom vlákne. Žiarenie sa potom „vyviaže“ z vlákna pomocou optického kolimátora.
Vláknové lasery sa ďalej delia podľa pracovného režimu na kontinuálne (CW), pulzné alebo kvázi pulzné (QCW). Veľkou výhodou vláknového lasera je jeho jednoduchosť (celý laser je vlastne optické vlákno), robustnosť a modulárnosť, ktorá je pre tieto lasery jedinečná - laser sa skladá z tzv. laserových modulov, ktoré sa dajú navzájom spájať a postupne navyšovať výkon (až do 80 kW).
Ďalšími výhodami sú vysoká účinnosť (30 - 35 %), dlhá životnosť (až 100 000 h), malé priestorové nároky, vysoká kvalita laserového zväzku, najnižšie prevádzkové náklady zo všetkých uvedených typov a takmer nulové požiadavky na údržbu.
CO2 lasery
CO2 lasery patria do skupiny plynových laserov (aktívnym prostredím je zmes plynov s obsahom CO2). V priemysle sa používajú lasery budené buď rádiovou frekvenciou (RF), alebo elektrickým výbojom (DC - direct current). Z hľadiska uzavretia rezonátora sa rozdeľujú na tzv. sealed off lasery s hermeticky uzavretým rezonátorom a na tzv. prietokové lasery, pri ktorých plyn neustále prúdi rezonátorom (čo je potrebné pre vysoký výkon ~ 10 kW).
Do výkonu 5 kW sa najčastejšie používajú DC RF CO2 lasery (difúzne chladené, RF budené). Budenie aktívneho plynu sa uskutočňuje pomocou rádiofrekvenčného vlnenia, ktoré prebieha medzi dvoma elektródami, ktoré vďaka svojmu veľkému povrchu zároveň zabezpečujú difúzne chladenie plynu v rezonátore. Tieto lasery sa vyznačujú vysokou spoľahlivosťou, dlhou životnosťou a nízkymi prevádzkovými nákladmi.
CO2 lasery sa používajú na značenie, gravírovanie a rezanie nekovov (plastov, plexiskla, kože, papiera, skla atď.), kde nie je možné použiť vyššie uvedené lasery s vlnovou dĺžkou 1 µm. Tu sa používajú výkony do 1,5 kW. Ďalším priemyselným využitím je rezanie a zváranie kovov (výkon až do 20 kW), kde sú CO2 lasery dobre zavedené.
Na rozdiel od laserov s vlnovou dĺžkou približne 1 µm sa žiarenie CO2 lasera (10,6 µm) nedá viesť optickým vláknom a na vedenie lúča sa musia použiť zrkadlá, čo je veľká nevýhoda - optická dráha je zložitejšia, vyžaduje sa pravidelná kalibrácia, sú tu nároky na čistotu a údržbu zrkadiel atď.
Zdroj: MM Priemyslové spektrum