Řezání vláknovým laserem: „Světelný řezací kouzlo“ skryté v průmyslu

Ve moderních průmyslových dílnách může tenký, ale překvapivě výkonný laserový paprsek přesně řezat kovy a rychle gravírovat desky – to je „kouzlo“ technologie vláknového laserového řezání. Jako hvězdná technologie v oblasti laserového zpracování tiše proměnila výrobní metody mnoha odvětví, jako je lodní stavba, stavební strojírenství a elektronická zařízení, díky svým výhodám vysoké účinnosti, přesnosti a nízkých nákladů, a stala se tak „schopným pomocníkem“ v oblasti přesného zpracování.

I. Co je vláknové laserové řezání?

Laserové řezání vláknovým laserem je bezkontaktní řezací technologie založená na vláknových laserech. Jednoduše řečeno, soustředí vysoce energetický laserový paprsek prostřednictvím optického vlákna na povrch materiálu, čímž je světelná energie laseru okamžitě přeměněna na tepelnou energii. Ozářená oblast materiálu rychle dosáhne své teploty tavení nebo dokonce varu a přechází do roztaveného či odpařeného stavu. Poté odvádí pomocný plyn zbytky materiálu a díky relativnímu pohybu mezi laserem a obrobkem lze přesně "vyříznout" požadovaný tvar.

Tento systém je jako sofistikovaný „světlem řízený řemeslník“, který se skládá z průmyslového počítače, regulátoru, pracovního stolu, systému vedení světla a dalších komponent. Po vydání pokynů počítačem servosystém řídí přesný pohyb pracovního stolu, laser vysílá pulzy stanovenou frekvencí a systém vedení světla optimalizuje laserový paprsek a oslabuje odražené světlo, aby se zabránilo poškození zařízení, čímž zajišťuje stabilní a efektivní proces řezání.

II. „Vynikající výhody“ vláknového laserového řezání

Ve srovnání s tradičními technologiemi řezání a CO₂ laserovým řezáním má vláknové laserové řezání mnoho výrazných výhod, díky nimž je „lídr ve výkonu“ a „úsporným řešením“ v průmyslovém zpracování.

Z hlediska účinnosti je jeho výkon působivý. Při řezání tenkých plechů může být jeho rychlost 2 až 3krát vyšší než u CO₂ laserového řezacího stroje se stejným výkonem; při řezání materiálů o tloušťce 6 mm je rychlost 1,5kW vláknového laserového řezacího stroje srovnatelná s rychlostí 3kW CO₂ laserového řezacího stroje, což výrazně šetří čas výroby 4.

Z hlediska nákladů jsou jeho výhody ještě významnější. Jeho fotoelektrická účinnost dosahuje až 30 %, což je mnohem vyšší než u tradičního řezacího zařízení, a efektivně tak snižuje spotřebu energie. Zároveň zařízení využívá přenos po optickém vlákně s jednoduchou optickou dráhou, která nevyžaduje složitou údržbu. Průměrná doba mezi poruchami přesahuje 100 000 hodin a téměř nejsou potřebné žádné spotřební materiály, což výrazně snižuje dlouhodobé provozní a údržbářské náklady 5.

Je také výrazná svou technickou flexibilitou. Vlnová délka vláknového laseru činí pouze 1064 nm, což je lépe pohlcováno kovovými materiály – dokonce i vysoce reflexní materiály, jako jsou hliník a měď, lze snadno řezat. Umožňuje také zpracování libovolných vzorů a dokonce víceosé prostorové řezání speciálních tvarovaných materiálů, jako jsou ocelové trubky, a je proto široce využíván v oblasti 3D laserového řezání v automobilovém průmyslu 6.

Kromě toho je jeho řezná přesnost extrémně vysoká, s minimální šířkou řezu pouze 15 μm a řeznou přesností 8 μm/30 mm. Zóna tepelného ovlivnění je malá a deformace materiálu nepatrná, což umožňuje maximalizovat využití materiálu i kvalitu výrobků 7.

III. „Platnost“ vláknového laserového řezání

Ačkoli řezání pomocí vláknového laseru má zřejmé výhody, není to univerzální řešení pro všechny případy. Experimenty ukázaly, že při řezání silných ocelových desek nad 15 mm se kvalita řezu snižuje, protože roztavený kov je obtížné úplně odstranit; při řezání nízkouhlíkové oceli se kvalita výrazně snižuje i při rychlosti vyšší než 6 m/min 1.

Je však „nejlepším hráčem“ při zpracování tenkých a středně tlustých materiálů. Drsnost povrchu u nerezové oceli do 4 mm je srovnatelná s řezáním CO₂ laserem a v rozmezí tloušťky 6–10 mm může být drsnost povrchu v podstatě stabilní 2. V současnosti je široce využíván při přesném řezání kovů v elektronice, strojírenství, medicíně a dalších odvětvích a zaujímá 70 % trhu s opracováním materiálů 3.

Od dělení plechů v lodním stavitelství, přes zpracování komponentů ve stavebních strojích až po tváření přesných součástí v elektronických zařízeních – vláknový laserový řez používá sílu „paprsku světla“ k podpoře rozvoje průmyslové výroby směrem k vyšší účinnosti, vyšší přesnosti a ekologičtějším postupům. Díky nepřetržitým technologickým inovacím otevře v budoucnu další možnosti v oblasti přesného zpracování strojních součástí a umožní tak „řezací magii světla“ vytvářet ještě větší průmyslovou hodnotu.

Poté, co jsme pochopili principy a výhody vláknového laserového řezání, příští týden se podrobně zaměříme na toto téma, jeho aplikace v přesném obrábění a také na jeho budoucí vyhlídky.