Cięcie to jedna z wielu powszechnie wykorzystywanych sposobów obróbki tworzyw. Na przestrzeni lat rozwinęło się wiele technologii służących cięciu – proste maszyny wyposażone w ostrza zastąpiono bardziej wyrafinowanymi i zapewniającymi większą skuteczność rozwiązaniami. Do tej kategorii bez wątpienia zalicza się cięcie laserem, w ramach którego również wytworzyły się osobne technologie. Najpopularniejsze to cięcie laserem fiber oraz gazowym.
Jak działają lasery do cięcia?
Lasery światłowodowe oraz CO2 to urządzenia przeznaczone do precyzyjnego i szybkiego cięcia tworzyw – przede wszystkim metali pod postacią blach, profili czy rur. Zastosowanie tych maszyn to jednak jeden z nielicznych ich wspólnych mianowników – różnią się one znacząco, jeśli chodzi o zasadę działania, czyli powstawania wiązki laserowej. W laserach CO2 wykorzystuje się tak zwane tuby laserowe wypełnione mieszanką gazów pod wysokim ciśnieniem. Jak można się domyślić po nazwie urządzenia, głównym składnikiem tej mieszanki jest dwutlenek węgla – hel, wodór czy azot stanowią jedynie domieszki. Pod wpływem impulsu elektrycznego atomy gazów zostają pobudzone do drgań i emisji energii. Energia wytwarzana przez atomy dwutlenku ma postać strumienia fotonów, czyli światła o długości fal około 10 mikronów. Tak wytworzony strumień skoncentrowanej energii jest kierowany do głowicy tnącej urządzenia przy pomocy skomplikowanego systemu luster oraz soczewek
Jak działają lasery fiber?
W przypadku laserów fiber metoda wytwarzania wiązki jest zupełnie inna. Zamiast tub gazowych do wytworzenia inicjującej wiązki wykorzystuje się tak zwane diody pompujące. Wytworzone światło następnie jest przenoszone poprzez trójwarstwowy światłowód, podobny do tego, który obecnie wykorzystywany jest w branży telekomunikacyjnej. Światłowody stosowane w laserach fiber wykonywane są z domieszką rzadkich pierwiastków, takich jak neodym i iterb. Ważnym elementem lasera jest również kolimator, który powoduje, że promienie wiązki laserowej są skupione i równoległe względem siebie. Dzięki układowi optycznemu, wiązka jest ogniskowana do punktu o określonej średnicy.
Fiber i CO2 w praktyce
Lasery CO2 to technologia opracowana ponad pół wieku temu, podczas gdy lasery fiber pojawiły się przed zaledwie kilkoma laty. Różnice technologiczne między nimi pociągają za sobą również wiele różnic, jeśli chodzi o eksploatację. Przede wszystkim należy zwrócić uwagę na sprawność energetyczną urządzeń, a więc skuteczność w przekształcaniu energii elektrycznej potrzebnej do zainicjowania wiązki laserowej na moc urządzenia. Szacuje się, że sprawność dzisiejszych laserów CO2 wynosi około 10%, co i tak jest sporą przewagą nad ich poprzednikami, w których sprawność nie przekraczała 3%. Oznacza to, że dla uzyskania mocy wyjściowej wiązki wynoszącej 4 kW należy zużyć około 40 kW prądy elektrycznego. Aby uzyskać podobną moc wyjściową wiązki w laserze światłowodowym wystarczy zaledwie 13kW, co oznacza, że maszyny te zużywają około 70% mniej energii. Ma to ogromne znaczenie z finansowego punktu widzenia – w końcu energia nie jest darmowa, im mniejsze jej zużycie, tym mniejszy koszt pracy urządzenia. Kolejnym ważnym aspektem jest to, że lasery CO2 wymagają bardzo starannej konserwacji, na przykład wymiany mieszanki gazowej oraz kontrolowania stanu układu optycznego (wszelkie nieprawidłowości, takie jak zanieczyszczenie luster powoduje osłabienie wiązki). Co więcej, ponieważ technologia ta ma swoje lata i coraz więcej firmy rezygnuje z korzystania z niej, na rynku jest coraz mniej jest fachowców specjalizujących się w ich serwisowaniu. Zupełnie inaczej jest w przypadku laserów światłowodowych – technologia ta rozwija się bardzo dynamicznie, każdego roku na rynku pojawiają się coraz bardziej zaawansowane maszyny o coraz większym zakresie możliwych zastosowań. To powoduje, że laserami fiber interesuje się coraz więcej konsumentów. Nie ulega wątpliwości, że w najbliższym czasie lasery fiber, jako technologia przyszłości, całkowicie zdominują rynek
Dlaczego warto postawić na cięcie laserem?
Niezależnie od tego czy laser bazuje na wykorzystaniu mieszanki gazowej czy światłowodu, ma on wiele istotnych zalet. Każdy laser jest urządzeniem CNC, co oznacza, że sterowany jest za pomocą komputera wyposażonego w odpowiednie oprogramowanie. Dzięki temu cięcia wykonywane są:
- szybko – wycięcie elementu trwa dużo krócej, niż przy zastosowaniu innych, mniej zaawansowanych metod,
- precyzyjnie – wiązka lasera jest skupiona na bardzo niewielkim obszarze, co umożliwia wycinanie nawet bardzo drobnych detali. Każdy egzemplarz jest pod względem kształtu i rozmiarów identyczny z projektem,
- powtarzalnie – co oznacza, że z jednego projektu można wykonać praktycznie dowolną ilość identycznych egzemplarzy,
- bez udziału człowieka – jedynym zadaniem operatora jest zaprogramowanie maszyny i wgranie projektu. Brak kontaktu pracownika z wiązką lasera znacznie ogranicza ryzyko niebezpiecznych wypadków.
Wszystko to ma kluczowe znaczenie dla wydajności oraz kosztów produkcji. Wycinarki laserowe to rozwiązanie dedykowane przede wszystkim firmom zajmującym się masową produkcją.
