EN
Jedna technologia, wiele branż
Cięcie laserowe osiągnęła szerokie zastosowanie przemysłowe nie dlatego, że wyróżnia się w jakimkolwiek jednym zastosowaniu, lecz dlatego, że jej podstawowe zalety — obróbka bez kontaktu, wąska szczelina cięcia, minimalna strefa wpływu ciepła oraz precyzja CNC — są przenoszone między branżami poprzez jedynie dostosowanie parametrów, a nie ponowną konfigurację maszyny. Ten sam laser włókienkowy o mocy 6 kW, który rano cięcie ram stalowych o grubości 10 mm do maszyn rolniczych, po południu cięcie obudów ze stali nierdzewnej o grubości 3 mm do sprzętu medycznego — elastyczność, jakiej żadna metoda cięcia mechanicznego nie jest w stanie osiągnąć.
Elastyczność tej technologii wynika z trzech parametrów regulowanych: mocy lasera (1–20 kW i więcej), typu i ciśnienia gazu wspomagającego (tlen do stali węglowej, azot do stali nierdzewnej i aluminium, sprężone powietrze do cienkich elementów o niskim stopniu krytyczności) oraz położenia ogniska względem powierzchni materiału. Zmiana tych trzech parametrów umożliwia dostosowanie procesu od cięcia folii aluminiowej o grubości 0,5 mm (200 W, azot, ognisko na powierzchni materiału) do cięcia płyty ze stali węglowej o grubości 40 mm (15 kW, tlen, ognisko poniżej powierzchni materiału w celu poszerzenia szczeliny cięcia) – zakres grubości obejmujący prawie dwa rzędy wielkości na jednej platformie maszynowej.
Zróżnicowana firma usługowa w Brazylii świadcząca usługi dla sektorów rolnictwa, budownictwa, motocyklowego oraz ogólnego wykrawania zdecydowała się na niestandardowy system laserowy Tianchen, ponieważ żadna z branż nie stanowiła więcej niż 30 % przychodów firmy. Możliwość przełączania się maszyny między obudowami ze stali nierdzewnej o grubości 1 mm, wspornikami o grubości 15 mm oraz płytami odpornymi na zużycie o grubości 25 mm bez konieczności zmiany narzędzi umożliwiła obsługa wszystkich czterech grup klientów przy użyciu jednego zasobu cięcia.
Dostosowanie do branży
Maszyny ciężkie i górnictwo
Maszyny ciężkie tną grube, twarde materiały — stali odpornie na zużycie, takie jak Hardox 450 i 500, oraz wysokowytrzymałosciowe stali konstrukcyjne S690 i S960. Cięcie laserowe Wyzwanie: utrzymanie jakości krawędzi przy materiałach zaprojektowanych tak, aby przeciwdziałać odkształceniom.
Stale odporno na zużycie zawierają pierwiastki stopowe — chrom, molibden, bor — tworzące twarde karbidy, wymagające większej gęstości mocy niż stal węglowa. Laser o mocy 12 kW umożliwia czyste cięcie stali Hardox 500 o grubości 20 mm, podczas gdy laser o mocy 6 kW zaczyna tracić prostoliniowość krawędzi. Przepływ gazu wspomagającego musi być o 15–25% wyższy dla gatunków odpornych na ścieranie.
Koszt materiału płyty odpornościowej na zużycie — 1500–2500 za tonę w porównaniu do 600–800 za tonę stali łagodnej — czyni optymalizację rozmieszczenia elementów (nesting), możliwą dzięki sterowaniu CNC w cięciu laserowym, szczególnie wartościową. Poprawa wykorzystania materiału z 65% (ręczne rozmieszczanie przy cięciu plazmowym) do 80% (automatyczne rozmieszczanie przy cięciu laserowym) u producenta przetwarzającego rocznie 500 ton płyty odpornościowej na zużycie pozwala zaoszczędzić około 94 000–156 000 rocznie na kosztach materiału.
Motoryzacja i transport
W produkcji motocykli i samochodów cięto cienkie materiały — grubość 0,6–2 mm dla paneli nadwozia, wsporników i wzmocnień — w dużych ilościach. Prędkość cięcia laserem włóknikowym przy grubości stali 1 mm wynosi 12–15 m/min, co pozwala przetworzyć arkusz o wymiarach 1500×3000 mm w ciągu około 3–5 minut, w zależności od złożoności detali i gęstości rozmieszczenia (nest density).
Zalety cięcia laserowego są najbardziej widoczne przy produkcji prototypów, części niskoseryjnych oraz części zamiennych, gdzie koszty matryc tłoczeniowych (20 000–100 000+ ) oraz czas ich dostawy (8–16 tygodni) nie są uzasadnione. Cięcie laserowe umożliwia produkcję tych samych części bez żadnego narzędzia i w terminie jednego dnia od przesłania pliku CAD.
Budownictwo okrętowe i morskie
Procesy budowy okrętów — cięcie grubych blach o grubości 6–50 mm w dużych formatach do 3000×12 000 mm. Blachy kadłubowe, wzmocnienia oraz konstrukcje wewnętrzne wymagają dokładności, jakiej nie można osiągnąć przy cięciu płomieniem w prędkościach produkcyjnych. Laser włókienkowy o mocy 12–20 kW zapewnia moc niezbędną do cięcia grubych blach z precyzją niezbędną do złożonych profili krzywoliniowych, zachowując jednocześnie prędkość cięcia spełniającą wymagania wydajnościowe stoczni.
Wąska szczelina cięcia — 0,15–0,5 mm — zmniejsza odstęp między sąsiednimi częściami, poprawiając wykorzystanie materiału o 5–8% w porównaniu do cięcia plazmowego. W przypadku tysięcy ton stali przetwarzanych rocznie przez stocznię przekłada się to na znaczne oszczędności materiałowe bezpośrednio wpływające na marżę operacyjną.
Często zadawane pytania
Czy jedna maszyna do cięcia laserowego może przetwarzać wszystkie typy metali?
Maszyny z laserem włóknikowym przetwarzają stal węglową, stal nierdzewną, aluminium, miedź, mosiądz, tytan oraz stopy niklu po dostosowaniu parametrów. Metale odbijające (aluminium, miedź, mosiądz) wymagają ochrony źródła lasera przed odbiciem wstecznym. Różne rodziny materiałów wymagają różnych gazów wspomagających oraz bibliotek parametrów przechowywanych w sterowniku CNC.
W jaki sposób zakres możliwych grubości materiału zależy od mocy lasera?
1 kW: stal węglowa o grubości 0,5–6 mm. 3 kW: 1–12 mm. 6 kW: 1–20 mm. 12 kW: 1–30 mm. 20 kW i więcej: 1–50 mm. Wykładniczy spadek prędkości powyżej około 60% maksymalnej grubości oznacza, że większość cięć produkcyjnych odbywa się w zakresie 20–60% maksymalnej wydajności, gdzie osiągana jest optymalna równowaga między prędkością a jakością krawędzi.
Jaki jest punkt zwrotny kosztów pomiędzy cięciem laserem włóknikowym a cięciem plazmowym?
Dostawcy usług cięcia, którzy przetwarzają rocznie ponad 1500 godzin materiału o grubości zazwyczaj mniejszej niż 20 mm, osiągają zwrot nakładów inwestycyjnych na maszyny laserowe w ciągu 12–18 miesięcy dzięki wyeliminowaniu pracy związanej z szlifowaniem krawędzi oraz poprawie wykorzystania materiału. Okres zwrotu inwestycji wydłuża się do 24–30 miesięcy, gdy płyty grube (25 mm i więcej) stanowią ponad 40% produkcji, ponieważ plazma zachowuje przewagę prędkościową przy cięciu bardzo grubych przekrojów.
W jaki sposób funkcja skoku żaby zwiększa wydajność cięcia?
Technologia skoku żaby dostosowuje wysokość podnoszenia głowicy cięcia podczas szybkich przejść między elementami, skracając czas ruchu bez cięcia. W standardowych systemach głowica jest podnoszona do ustalonej, bezpiecznej wysokości; technologia skoku żaby oblicza minimalną niezbędną wysokość przejścia dla każdego ruchu na podstawie mapy geometrii elementów, co skraca czas przejść o 20–30%. Tianchen Laser zintegrowała technologię skoku żaby z systemem sterowania magistrali.
Jakie opcje automatyzacji są dostępne w środowiskach produkcyjnych o wysokiej różnorodności wykonywanych części?
Automatyczne wymienniki dysz przełączają się między różnymi rozmiarami dysz w zależności od kombinacji materiału i jego grubości bez ingerencji operatora. Automatyczna korekcja położenia punktu ogniskowania kompensuje wariacje płaskości materiału. Automatyczne pomiar grubości arkusza potwierdza, że załadowany arkusz odpowiada programowi rozmieszczenia części. Te funkcje automatyzacji skracają czas przygotowania maszyny do kolejnych zadań.
W jaki sposób system sterowania magistralą poprawia wydajność cięcia?
Architektura systemu magistrali zastępuje przewody połączeń punkt-punkt sieciową komunikacją między kontrolerem, napędami serwo i modułami wejścia/wyjścia. Dzięki temu zmniejsza się opóźnienie sygnałów, zapewnia szybszą reakcję komunikacji CNC oraz ułatwia diagnozowanie usterki dzięki scentralizowanej diagnostyce. Maszyny serii PM firmy Tianchen Laser są wyposażone w system sterowania magistralą, co zapewnia zwiększoną wydajność w środowiskach o wysokiej produkcyjności.