Časopis: Industrija (ISSN 1452-3639), broj. 43 (April 2013).
Strana: 101
Naslov izvornog teksta:
FIBER-LASER: REVOLUCIJA U LASERSKOM REZANJU LIMA
Predstavljamo vam fiber-laser tehnologiju, hronologiju njene primene, ključne prednosti i ograničanja u odnosu na prethodne tehnologije kao i pravce budućeg razvoja.
Preuzimanje izvorne verzije (PDF, izvod): Industrija 43 – strana 101
Fiber laser se odnosi na sistem za sečenje lima koji se zasniva na primeni: aktivnog fiber izvora svetlosti (fiber source) i svetlosnog vlakna (optic fiber) za dopremanje zraka na mesto sečenja. Ključna inovacija je stvaranje laserske svetlosti bez potrošnje skupih tehničkih gasova u izvoru koji nema pokretnih (solid-state) i servisno zahtevnih delova (turbina, rezonator, disk…).
Transport zraka svetlosnim vlaknom je razvijen neposredno pre fiber izvora ali je bio neefikasan zbog problema u prevođenju zraka iz vakumske svetlosne putanje u svetlosno vlakno. Kod fiber izvora zrak je već u vlaknu jer nastaje u njemu – prečnik vlakna je smanjen uz povećanu energetsku efikasnost i koncentraciju zraka.
Aktivno svetlosno vlakno IPG fiber izvora
Aktivno jezgro vlakna unutar izvora se izrađuje od retkih zemnih metala: Er, Yb, Nd, Dy, Pr ili Tm. Materijal aktivnog jezgra pobuđuje svetlosna energija iz poluprovodničkih izvora (diodna pumpa). Duž vlakna dolazi do isijavanja usmerene svetlosti koja dalje prelazi u neaktivno (transportno) vlakno.
Američka kompanija IPG Photonic je svetski lider u proizvodnji iterbijumskih fiber izvora različitih namena. Iako praktično svi proizvođači fiber lasera koriste IPG izvore – njihova rešenja imaju različite performanse usled različitog stepena iskorišćenja svih potencijala ove tehnologije.
U odnosu na tehnologije koje su do pre nekoliko godina dominirale laserskim sečenjem fiber laser donosi niz konceptualnih prednosti:
- svetlost nastaje u samom vlaknu
- visok kvalitet snopa
- kompaktnost
- pouzdanost
- efikasnost
- nema redovnog održavanja izvora
Fiber laseri drastično smanjuju cenu reza usled: nultih troškova održavanja izvora, generisanja zraka bez tehničkih gasova, te veće efikasnosti transporta i stvaranja laserske svetlosti. Veća koncentracija svetlosne energije i manja talasna dužina omogućavaju rezanje visoko reflektivnih materijala (bakar, mesing…) kao i efikasniju obradu ranije problematičnih materijala (aluminijum, inoks…). Fiber izvor od 2kW je ekvivalent za CO2 3kW jer omogućava rezanje iste debljine st. čelika. Značajno je reći i da fiber laserima nije potrebno zagrevanje na početku radnog dana – što kod CO2 rešenja traje 25-30 minuta.
Primena i razvoj
Prvi sistem za lasersko sečenje lima koji se zasniva na fiber laser tehnologiji je predstavljen 2008. godine na sajmu EUROBLECH (Hanover, Nemačka) od stane Italijanske kompanije SALVAGNINI. Model L1Xe je predstavljao adaptaciju postojećeg SALVAGNINI L1 CO2 lasera koji jeste uveo fiber laser u svet sečenja lima ali još uvek nije bio iskoristio pun potencijal ove tehnologije. Dok se danas drugi proizvođači laserskih sistema zadovoljavaju prostom adaptacijom postojećih CO2 (neki čak i HD plazma) rešenja -SALVAGNINI se potpuno posvetio istraživanju primene fiber laser-a u rezanju lima i razvoju potpunog fiber laser rešenja.
Kompanija je odlučila da obustavi proizvodnju CO2 lasera i sav istraživački i razvojni potencijal usmeri u potpuno iskorišćenje svih potencijala ove tehnologije. Naučno-istraživačke aktivnosti SALVAGNINI realuzije u saradnji sa naučnim institucijama okupljenim oko državnog Univerziteta “Johannes Kepler” u Lincu (Austrija). Koristeći ogromno znanje i iskustvo SALVAGNINI razvija sopstveni upravljački i CAD/CAM softver, upravljačku jedinicu (CNC) te sopstvenu lasersku reznu glavu namenjenu isključivo fiber-laser-u kao i jedinstven kontinualni algoritam (Laser TRADJUST) za upravljanje parametrima rezanja.
Većina proizvođača koristi aproksimativnu i diskretnu tabelu reznih parametara za različite materijale, oblike i veličine kontura koje se isecaju, dok neki uz minimalne preporuke upravljanje tehnološkim parametrima u potpunosti prepuštaju kupcu zbog čega je stepen iskorišćenja fiber izvora znatno niži.
Laser TRADJUST omogućava potpuno iskorišćenje fiber laser izvora a stvoren je na osnovu obimnog znanja prikupljanog tokom godina istraživanja primene ove tehnologije u industriji obrade lima. TRADJUST vrši optimizaciju rada mašine pomoću patentiranih algoritama inteligetnog upravljanja parametrima sečenja i jedan je od razloga zbog kojeg SALVAGNINI L3 i L5 mašine mogu da režu veće debljine u odnosu na rešenja drugih proizvođača iako praktično svi koriste iste IPG Photonic fiber laser izvore.
Drugo ključno ograničenje proizvođača fiber laser rešenja je u korišćenju standardnih laserskih glava koje proizvode treće kompanije. Tako većina i dalje koristi PRECITEC glave za lasersko sečenje koje su prema rečima samog PRECITEC-a namenjene isključivo CO2 sistemima. Korišćenje CO2 glave sa fiber izvorom ne iskorišćava pun potencijal ove tehnologije a dovodi i do niza problema sa samom glavom te do potpunog zastoja proizvodnje. Konstrukcija glave za CO2 laser ima elemente koji su suvišni za rad sa zrakom generisanim u fiber laser izvoru (dodatna fokusna sočiva, ogledala…). Nastaju brojni problemi sa fokusiranjem, hlađenjem i zaštitom od povratnog zraka (refleksija) usled veće koncentracije svetlosne energije. Kod SALVAGNINI L3 i L5 mašina prečnik rezne tačke isnosi D ≈ 0.07 mm a talasna dužina zraka λ ≈ 1μm – dok u slučaju CO2 lasera prečnik rezne tačke D ≈ 0.15-0.20 mm a talasna dužina deset puta veća λ ≈ 10μm.
SALVAGNINI ima najviše iskustva u primeni fiber lasera: preko 240 fiber lasera u 41 državi, 5 godina primene i 8 godina istraživanja. Praksa je pokazala da SALVAGNINI fiber laser smanjuje troškove sečenja u proseku za 50%. Prvi je razvio opciju sečenja komprimovanim vazduhom za fiber lasere (ACUT) koja u procesu sečenja koristi isključivo električnu energiju. ACUT je za sada ograničen na manje debljine lima: za st. čelik do 2 mm nema razlike u kvalitetu rezne ivice u odnosu na sečenje sa kiseonikom dok debljina od 4 mm predstavlja maksimum za prihvaljivu “pucnu”.
Praksa je pokazala da je fiber laser neprikosnoven u smanjenju troškova eksploatacije bez obzira na vrstu i debljinu materijala koji se obrađuje. Kada je reč o brzini reza fiber je duplo brži (od 185% do 220%) od CO2 za tanke materijale debljine od 0.5 do 2 mm (pocinkovan lim, inoks, st. čelik). Inoks debljine 4mm predstavlja prelomnu tačku kada CO2 rezanje postaje brže ali i dalje znatno skuplje. Kod limova debljine 15 mm CO2 je već primetno brži (st. čelik).
Trenutno ograničenje primene fiber laser tehnologije predstavljaju maksimalne debljine lima (st. čelik): 2kW = 15mm i 3kW = 20mm. Za kompanije koje žele da laserom seku table standardnog čelika debljine 30mm CO2 izvor od 4.4kW predstavlja skupo ali jedino trenutno dostupno rešenje. Ipak SALVAGNINI zajedno sa IPG Photonic ubrzano radi na razvoju snažniji fiber laser sistema kako bi se prevazišlo ovo ograničenje.
Fiber laseri u Srbiji
Jedan od prvih pet fiber lasera u svetu je 2009. instaliran u Srbiji: TERMOMONT (Šimanovci). Iskustvo ovog proizvođača kotlova je potvrdilo da fiber laser tehnologija drastično smanjuje troškove rezanja ali i ukupne proizvodnje te je u periodu od 2009. do danas investirala u još 3 SALVAGNINI fiber laser sistema. TERMOMONT je danas kompanija sa najvećim brojem fiber lasera u svetu (četiri) jer je među prvima investirala u ovu tehnologiju i konstantno proširivala njenu primenu u svojoj proizvodnji.