Cięcie laserem włóknowym: «Cud tnący światłem» ukryty w przemyśle

W nowoczesnych warsztatach przemysłowych cienka, a jednocześnie zaskakująco potężna wiązka laserowa może precyzyjnie ciąć metale i szybko wykrawać płyty — to właśnie „magia” technologii cięcia laserowego włóknianego. Jako kluczowa technologia w dziedzinie obróbki laserowej, dzięki swoim zaletom, takim jak wysoka wydajność, dokładność i niski koszt, cicho zmieniła metody produkcji wielu branż, takich jak budownictwo okrętowe, maszyny budowlane czy urządzenia elektroniczne, stając się „sprawnym asystentem” w dziedzinie precyzyjnej obróbki.

I. Co to jest cięcie laserowe włóknianego?

Cięcie laserowe włóknem to technologia cięcia bezkontaktowego oparta na laserach światłowodowych. Prościej mówiąc, skupia ona wiązkę laserową o wysokiej energii na powierzchni materiału za pośrednictwem światłowodu, umożliwiając natychmiastową przemianę energii świetlnej lasera w cieplną. Oświetlona część materiału szybko osiąga temperaturę topnienia, a nawet wrzenia, przechodząc w stan stopiony lub odparowany. Następnie gaz pomocniczy usuwa pozostałości, a dzięki ruchowi względnemu między laserem a przedmiotem można precyzyjnie "wycinać" żądane kształty.

Ten system działa jak zaawansowany „rzemieślnik sterowany światłem”, składający się z komputera przemysłowego, kontrolera, stołu roboczego, systemu kierowania światła oraz innych komponentów. Po wysłaniu instrukcji przez komputer, system serwo kontroluje precyzyjne ruchy stołu roboczego, laser emituje impulsy z ustaloną częstotliwością, a system kierowania światła optymalizuje wiązkę laserową i osłabia światło odbite, aby zapobiec uszkodzeniu sprzętu, zapewniając stabilny i wydajny proces cięcia.

II. „Wyjątkowe zalety” cięcia laserem światłowodowym

W porównaniu z tradycyjnymi technologiami cięcia oraz cięciem laserem CO₂, cięcie laserem światłowodowym oferuje wiele istotnych zalet, czyniąc z niego „lidera pod względem wydajności” i „oszczędność kosztów” w przetwórstwie przemysłowym.

Pod względem wydajności jego osiągi są imponujące. Podczas cięcia cienkich płyt jego prędkość może być 2-3 razy większa niż maszyny do cięcia laserowego CO₂ o tej samej mocy; przy cięciu materiałów o grubości 6 mm, prędkość maszyny do cięcia laserowego włóknia 1,5 kW jest porównywalna z maszyną CO₂ o mocy 3 kW, co znacznie oszczędza czas produkcji 4.

Pod względem kosztów jego zalety są jeszcze bardziej znaczące. Sprawność konwersji fotoelektrycznej wynosi aż 30%, co jest znacznie wyższe niż w przypadku tradycyjnego sprzętu tnącego, co skutecznie redukuje zużycie energii. Jednocześnie urządzenie wykorzystuje transmisję światłowodową, prosta droga optyczna nie wymaga skomplikowanej konserwacji. Średni czas między awariami przekracza 100 000 godzin, a zużycie materiałów eksploatacyjnych jest praktycznie zerowe, co znacząco obniża długoterminowe koszty eksploatacji i utrzymania 5.

Jego elastyczność techniczna również go wyróżnia. Długość fali lasera światłowodowego wynosi zaledwie 1064 nm, co ułatwia jej absorpcję przez materiały metalowe – nawet silnie odbijające materiały, takie jak aluminium i miedź, można łatwo przecinać. Może on również przetwarzać dowolne wzory i wykonywać wielowymiarowe cięcie przestrzenne na materiałach specjalnych, takich jak rury stalowe, dzięki czemu jest szeroko stosowany w dziedzinie 3D cięcia laserowego w przemyśle motoryzacyjnym 6.

Dodatkowo, jego dokładność cięcia jest bardzo wysoka, z minimalną szerokością szczeliny cięcia wynoszącą zaledwie 15 μm oraz dokładnością cięcia 8 μm/30 mm. Strefa wpływu ciepła jest niewielka, a odkształcenie materiału nieznaczne, co pozwala na maksymalne wykorzystanie materiału i zapewnienie wysokiej jakości produktu 7.

III. "Zakres zastosowania" cięcia laserem światłowodowym

Chociaż cięcie laserem światłowodowym ma oczywiste zalety, nie jest rozwiązaniem uniwersalnym. Eksperymenty wykazały, że podczas cięcia grubych płyt stalowych powyżej 15 mm jakość cięcia ulega pogorszeniu, ponieważ stopiony metal trudno jest całkowicie usunąć; przy cięciu stali niskowęglowej, jeśli prędkość przekroczy 6 m/min, jakość również znacząco spada 1.

Jednak jest „liderem” w obróbce materiałów cienkich i średnich grubości. Chropowatość powierzchni cięcia stali nierdzewnej poniżej 4 mm jest porównywalna z cięciem laserem CO₂, a w zakresie grubości 6–10 mm chropowatość powierzchni może pozostawać zasadniczo stabilna 2. Obecnie jest ono szeroko stosowane w precyzyjnym cięciu metali w branżach elektronicznej, maszynowej, medycznej i innych, obejmując 70% rynku przetwarzania materiałów 3.

Od cięcia blach w stoczni, przez obróbkę komponentów w maszynach budowlanych, aż po kształtowanie precyzyjnych elementów w urządzeniach elektronicznych, cięcie laserem światłowodowym wykorzystuje moc "promienia światła", aby wspierać rozwój produkcji przemysłowej w kierunku większej efektywności, wyższej precyzji i bardziej zrównoważonych praktyk. Dzięki ciągłym ulepszeniom technologicznym otworzy ono w przyszłości jeszcze więcej możliwości w dziedzinie precyzyjnej obróbki maszynowej, pozwalając "magicznemu cięciu światłem" na tworzenie jeszcze większej wartości przemysłowej.

Po zapoznaniu się z zasadami działania i zaletami cięcia laserem światłowodowym, następnego tygodnia szczegółowo omówimy to zagadnienie, jego zastosowania w precyzyjnej obróbce skrawaniem oraz perspektywy rozwoju.