ВЫБИРАЕМ ПРОМЫШЛЕННУЮ ЛАЗЕРНУЮ УСТАНОВКУ. НА ЧТО ОБРАТИТЬ ВНИМАНИЕ?

Станки, линии, оборудование / Металлообработка - станки
Administrator
1 322
29-04-2018, 22:36
0

В существующем многообразии лазерных установок не трудно заблудиться, перед тем как выбрать именно то, что будет удовлетворять требованиям будущего производства. Основной баланс, который волнует многих покупателей это, как ни банально прозвучит, цена-качество. Именно эти 2 важных фактора имеют решающее значение для многих предприятий. Как максимально быстро окупить затраты на приобретение и внедрение установки в производство? Как добиться за короткое время максимальной производительности и максимального качества? Насколько чутко и грамотно реагирует сервисная служба поставщика на возникающие проблемы при эксплуатации? Эти и многие другие вопросы можно привести в итоге к одному — о цене и качестве.

На Российский рынок поставляется огромное множество различных установок — твердотельные лазеры, полупроводниковые, газовые и многие другие.

CO2 Лазеры — установки, в которых рабочим "телом" является смесь газов (He, CO2,N2), основным газом является CO2. Эти установки нашли самое широкое применение от термической обработки до резки, поскольку являются наиболее универсальными и сравнительно не дорогими в эксплуатации. Основной сегмент для применения данных установок — бесспорно резка. Подробно останавливаться на всех частях, из которых состоит комплекс, нет необходимости, да и для большинства это не имеет смысла. Рассмотрим лишь самые основные, те, которые являются ключевыми у каждого производителя. В каждом из разделов будем выделять моменты касательно качества и стоимости.

Сердце любой ЛУ — "его Величество" резонатор. Резонатор служит для создания лазерного излучения, преобразования кинетической энергии атомов газов в тепловую энергию квантов. Именно он определяет мощность, надёжность, качество излучения, его режим работы и другие факторы. Для каждой фирмы-производителя резонатор является Ноу-хау, воплощение всего технического прогресса и вложения максимума сил и знаний в процесс создания резонатора. Некоторые фирмы не берутся за разработки резонаторов сами, а предпочитают использовать готовые резонаторы крупных производителей, концентрируются только на тех частях, которые отвечают за перемещение лазерного излучения. Качество резонаторов определяется теми материалами, из которых он изготавливается резонатор, и это очень важно! Даже самые мельчайшие погрешности в изготовлении газоразрядной камеры, зеркал, электродов, вентиляторов, турбин могут привести к необратимым последствиям в работе установки, потере мощности излучения, рассеянию пучка, не длительной эксплуатации, нестабильности излучения и многим другим проблемам. Так же следует отметить, что при изготовлении резонаторов одни производители отдают предпочтение не разборным элементам конструкции (моноблочным) и конструкциям с возможностью замены некоторых элементов резонатора. Теперь время поговорить о стоимости. Моноблочный: в целом стоит дешевле, поскольку не требуется специальных дополнительных механизмов юстировки луча, проще в изготовлении, излучение стабильнее, детали, находящие под постоянной нагрузкой изготавливаются с большей ответственностью и надёжностью. При выходе из строя требует полной замены. В случае с резонатором, в котором конструктивно предусмотрена замена его расходных элементов, есть некоторые нюансы. Как правило, он дороже из-за дополнительных систем и креплений, но в обслуживание дешевле, поскольку ресурс работы немногим уступает моноблочной конструкции, а вышедшие из строя отдельные части гораздо дешевле заменять отдельно, чем весь блок целиком. Единственный минус таких систем — они наиболее требовательны квиброзащите оптической системы и температурным колебаниям окружающей среды.

Конструктивные особенности некоторых резонаторов. Перейдём от общего к частному и рассмотрим конкретные примеры устройства некоторых резонаторов. Компания по производству лазеров и лазерных установок ROFIN SINAR Laser GmbH производит плоские бестурбинные резонаторы. CO2 лазер Rofin Sinar DC025 имеет диффузионное охлаждение и оснащен радиочастотной системой возбуждения Radio Frequency (RF); этот революционно новый блок имеет заметные преимущества по сравнению с традиционным и лазерными CO2 источниками.

Комментарии к рисунку:

1. Лазерный луч
2. Адаптер для лазерного луча
3. Переднее зеркало
4. Выходное отверстие для хладагента
5. Радиочастотное возбуждение
6. Входное отверстие для хладагента
7. Направляющие электроды для луча
8. Разряд радиочастотного возбуждения
9. Непрозрачное зеркало

Совсем не много о принципе работы: оптический резонатор состоит из закрытой системы с двумя противоположными зеркалами (переднее и непрозрачное), и двумя параллельными электродами, которые также действуют как направляющие для луча. Лазерный газ возбуждается при помощи радиочастотных импульсов. Этот эффект порождается двумя электродами, которые охлаждаются диффузионно для того, чтобы рассеивать нагрев, образующийся в газе. Для стабилизации системы не нужны ни турбина, ни воздуходувный блок. Блок адаптера для лазерного луча встроен в лазерную головку и порождает высококачественный, симметричный по осям луч.

Сравнение с традиционным CO2 лазером

В настоящее время, плоская SLAB система резонатора признана как более современная и экономически более выгодная, чем стандартная система с CO2 лазерного резонатора (с быстрой аксиальной прокачкой). Факторы, влияющие на снижение стоимости установки:

Отсутствие турбины и, следовательно, отсутствие необходимости технического обслуживания и наличия запасных частей.
Отсутствие системы подачи лазерного газа.
Огромное снижение расхода лазерного газа (< 0,3 нл/ч).
Снижение стоимости технического обслуживания линз.
Снижение потребления электрической мощности (например, из-за отсутствия турбины).
Снижение времени разогрева (время, которое требуется машине для начала резки -максимально 5 минут).
Более высокое качество луча по классификации его мощности с фактором K>0.9(оптимальный фактор K=1), т.о.обеспечивается высокое качество и скорость резки.

В данном случае Германский производитель делает акцент на экономичной эксплуатации машины. Стоимость элементов резонаторов в данном случае будет выше, чем в резонаторах, например с продольной прокачкой, но новшества значительно увеличивают ресурс резонатора в пользу высокой стабильности излучения, его высокого качества и производительности машины в течение очень долгого времени эксплуатации, позволяя уменьшить простои машины на сервисное обслуживание. Резонаторы данного производителя применяются в установках итальянского производства Schiavi.

Наиболее характерными в большинстве установок является резонатор с быстрой продольной прокачкой. Японский гигант машиностроения Mazak применяет именно такие резонаторы со встроенным излучателем и генератором в своих технологических установка хлазерного раскроя. Принципиально схему таких резонаторов можно увидеть на схеме ниже.

1. Впуск газа
2. Зеркало
3. Охлаждающая жидкость
4. Выпуск газа
5. Изолятор

Благодаря турбине, газовая смесь с высокой скоростью покачивается через газовую камеру. Прокачка газа с высокой скоростью (50 м/с) уносит теплоту, и последующее охлаждение смеси в теплообменнике позволяет достичь очень высоких мощностей. Расход лазерного газа составляет 25 нл/ч. Поток газовой смеси в данном случае наиболее стабилен. Благодаря таким резонаторам можно достигать очень высоких мощностей. Для очень мощных лазеров предпочтительно использовать резонатор с аксиальной прокачкой, в этом случае существенно экономится пространство резонаторов, но усложняется его система.

Система транспортировки луча в зону обработки

Существует три основных типа лазеров:

1. Лазер с летающей оптикой.
2. Гибридный лазер.
3. Портальный лазер

В первом типе используется "летающая" система для перемещения луча, когда по габаритам стола луч перемещается взаимно перпендикулярными направляющими (X и Y координаты). По высоте (координата Z) за счёт привода. По причинам безопасности от выхода из резонатора до поверхности рабочего изделия лазерный луч закрыт специальным рукавом, в котором поддерживается избыточное давление во избежание попадания пыли и ее оседания на линзах и зеркалах, что может привести к ухудшению и сбоям в работе установки. Т.к. лазерный луч подвержен рассеянию, в связи с этим необходимо уменьшить количество передаточных звеньев луча (зеркал). В лазерных установках Schiavi их всего 2, что уменьшает потребности в техническом обслуживании установки и продлевает ее срок службы. Система транспортировки луча в случае с летающей оптикой используется в скоростных лазерах, где можно добиться максимальной скорости резки, благодаря тому, что сам режущий инструмент — режущая головка — достаточно лёгок и инерционность и усилие для передачи движения минимальны. Недостатки таких систем в том, что они подходят для длин не более 6м, в противном случае расходимость луча будет негативно влиять на мощность излучения. Сейчас есть системы, позволяющие увеличить длину чуть более чем на 3м, но они очень дороги и сложны в обслуживании.

Общий вид установки с летающей оптикой

Во вторых типах лазеров продольное движение осуществляется столом (X),поперечное (Y) — за счёт перемещения лазерной головки. Привод стола в движение приводится гибридными двигателями, имеющими очень высокий КПД, малую инерционность и практически не изнашиваемость. Линейные привода не имеют люфтов, благодаря чему достигается высочайшая точность обработки. Бесконтактная система приводов от гибридных двигателей MAZAK, исключает вибрацию, вызываемую в шарико-винтовых парах, обеспечивая прецизионную точность резки и высокое качество поверхности реза. Такие лазерные установки дешевле установок с летающей оптикой, поскольку проигрывают им по скорости (сравнивается только скорость холостого перемещения), но он и значительно проще и экономичнее в обслуживании.

Общий вид установки гибридного типа
Портальная лазерная установка

Портальная лазерная установка представляет из себя конструкцию из жёстких направляющих, как правило это рельсовый путь, по которому перемещается портал с установленным на него лазерным комплексом (излучателем, системы обеспечения находятся отдельно). Привод у данных портальных установок двусторонний (по оси Х), очень мощный. Такие установки оснащаются мощными лазерами (от 4 кВт), предназначены для раскроя толстого и габаритного листа, где время резки намного больше времени технологических переходов, а загрузка максимальная. Такие установки могут работать 24 часа в сутки, делая перерывы только на техническое обслуживание. Лазерные установки Koike применяют в своей системе резонаторы с аксиальной прокачкой фирмы Trumpf. Целевая аудитория таких машин — крупные металлобрабатывающие компании, кораблестроители, авиастроители,производители сельскохозяйственной техники, т.е. там, где раскрой и подготовка листа имеет основное значение. Металл большой толщины сразу обрабатывается в размер без последующей механической обработки, существенно экономя время и средства на приобретение дополнительных единиц оборудования.

Режущие головки. От режущей головки зависит многое. Даже если соблюдены все условия для качественной резки, плохая режущая головка может свести все старания на "НЕТ" и наоборот, хорошая и качественная головка даст максимум производительности и экономии времени.

Проще всего рассмотреть головки на частных примерах, поскольку у каждого производителя они построены на общих принципах, но с некоторыми частными аспектами.

Головка установок Schiavi

Головка установок Schiavi использует блок Precitec Lasermatic с моторизованно-фокусирующейся лазерной головкой, управляемой при помощи управляющей логики SC 802, оснащенной емкостным датчиком для автоматического контроля за расстоянием между выходным отверстием и рабочей поверхностью. В своей базовой комплектации машина стандартно оснащена блоком ATFR для защиты лазерного источника от воздействия отражений, создаваемых во время процесса резки.

Головка оснащена датчиком Precitec для плазмы и автоматическим контролем за прожигом для увеличения скорости резки при использовании эффекта плазмы. Основные расходные элементы у всех головок — это сопла, линзы и элементы сопла. Головки изготавливаются из легко сплавных материалов для уменьшения веса и нагрузки на привода, снижая энергопотребление и инерционность.

Особенность головок лазеров Mazak

Бесконтактная режущая головка с автоматической регулировкой. Положение линзы управляется программой ЧПУ. При использовании режущей головки данного типа не требуется регулировка при изменении положения фокуса. Расстояние между форсункой и заготовкой поддерживается постоянным без непосредственного контакта, при этом на деталине остается следа. Такая головка может использоваться только с бесконтактным профилировщиком оси Z (профилировщик контактного типа не может быть выбран).

Новой тенденцией в лазерных установках является головка для 3D-резки, позволяющая вырезать фасонные детали без последующей механической обработки.

Такие головки широко используются в установках Koike и Mazak. Не смотря на кажущуюся сложность, оптимизировать процесс резки и довести его до совершенства помогает программное обеспечение, поставляющееся со всем и установками, а так же программы для 3D-моделирования. 3D-резка также очень хорошо оправдывает себя при резкутруб, где необходимо сохранять сложный контур тех деталей, которые необходимо в последствии стыковать между собой.

Исходя из вышеизложенного, можно подвести общий итог — выбирая установку необходимо руководствоваться факторами производительности, экономичности, окупаемости, надёжности и адаптивности к российским условиям производства, что немаловажно, поскольку культура производства при внедрении лазеров должна быть соответствующей. Задача того, кто поставляет станки на российский рынок — обеспечить сервис и всестороннюю техническую поддержку заказчика, избавить его от проблем с сервисом и ремонтом, ещё на стадии поставки грамотно разъяснить принципы работы на установке и оградить от возможных ситуаций, которые могут привести к поломке машины. Лазер — это сложный и эффективный инструмент. Производство лазеров можно смело назвать искусством и одним из высочайших полётов инженерной мысли.

Справка

Промышленная Группа "Дюкон" (www.dukon.ru) основана в 1991 г.

Сегодня компания представлена в 16 ключевых городах страны – от Петрозаводска до Красноярска.

За годы работы компания стала одним из российских лидеров по поставке и обслуживанию промышленного оборудования от крупных транснациональных концернов.

ЗАО "Дюкон-М"

Обсудить на форуме