Lasery: Fiber fiberowi nierówny

wycinarka laserowa © Kimla

Udostępnij:

Wycinarki laserowe z rezonatorem typu fiber na dobre opanowały przemysł metalowy. Są szybkie, tanie w eksploatacji i bezawaryjne. Ale czy wszystkie? Okazuje się, że dysproporcje pomiędzy wycinarkami laserowymi są olbrzymie, a różnice między nimi dotyczą wszystkich trzech aspektów.

Źródło lasera to serce maszyny, a popularne określenie „laser fiber” odnosi się do typu rezonatora lasera, w przypadku którego cała akcja laserowa odbywa się wewnątrz specjalnego światłowodu aktywnego z rdzeniem domieszkowanym metalami ziem rzadkich. Rezonator taki pompowany jest specjalnymi diodami emitującymi światło o dużej mocy, ale niskiej jakości. Właśnie rezonator optyczny, zwany laserem, zamienia światło niskiej jakości generowane przez diody w światło laserowe wysokiej jakości. Miarą jakości światła jest możliwość jego skupienia: im światło jest lepszej jakości, tym można je skupić do mniejszej plamki. Im mniejsza jest zaś plamka, tym gęstość mocy rośnie i laser może wycinać szybciej, ponieważ wytapia w materiale węższą szczelinę. A lasery z rezonatorem typu fiber są w tym bezkonkurencyjne.



Rezonator najwyższej próby

Nie ma się więc co dziwić, że nawet firmy nieposiadające w swojej ofercie takiego typu rezonatora, chętnie określają swoje wycinarki mianem „fiber”. Niezorientowany w temacie przedsiębiorca, widząc na obudowie słowo „fiber”, jest przekonany, że oferowana mu maszyna wyposażona jest właśnie w taki rezonator. Niestety, może okazać się, że oznacza to wyłącznie obecność w maszynie światłowodu doprowadzającego wiązkę lasera ze źródła do głowicy.

Dlaczego zatem nie wszyscy używają takiego rezonatora? Ponieważ albo nie mają dostępu do takiej technologii, albo uznali, że jest ona zbyt droga. Przykładem są tu źródła diodowe, które nie posiadają rezonatora: urządzenie wycina światłem niskiej jakości z samych diod. Przez brak możliwości osiągnięcia dobrego skupienia szczelina w materiale jest szersza, a laser wycina wolniej. Takie rozwiązania stosowane są często przez japońskich producentów wycinarek laserowych, głównie z powodu niechęci do korzystania z niemieckich źródeł lasera fiber w produkowanych przez siebie maszynach.

Innym przykładem są lasery dyskowe, które powstały przed laserami typu fiber. Jest to rozwiązanie typu „open cavity”, w którym światło porusza się częściowo w szkle, a częściowo w otwartej przestrzeni. Promień odbity od lustra, zanim opuści rezonator, musi wielokrotnie przejść przez granicę ośrodków do szkła i ze szkła na zewnątrz. Przy przekraczaniu bariery ośrodków pojawiają się straty, odbicia i rozproszenia, które m.in. powodują, że sprawność takiego rozwiązania jest dużo niższa, a sam laser zużywa znacznie więcej energii. Ponadto rezonator tego typu musi być wyposażony w skomplikowaną optykę skupiającą całą energię do rdzenia światłowodu prowadzącego wiązkę do głowicy, którego średnica wynosi 100 µm, czyli mniej więcej tyle, ile średnica ludzkiego włosa. Takie rozwiązanie wymaga częstych przeglądów, regulacji i justowania, co jeszcze dodatkowo zwiększa koszty jego eksploatacji.

W odróżnieniu od niego prawdziwe lasery fiber są bezobsługowe, nie wymagają regulacji czy przeglądów, a cała wiązka światła krąży w szkle i wychodzi z niego dopiero wewnątrz głowicy tnącej.



Niewykorzystany potencjał

Jednym z istotniejszych parametrów wycinarki laserowej jest moc źródła lasera. Ale moc to nie wszystko: jej zwiększanie nie prowadzi bowiem bezpośrednio do zwiększenia wydajności maszyny. Laser fiber może np. ciąć nawet 5 razy szybciej niż laser CO2 o tej samej mocy Dlaczego zatem producenci wycinarek fiber, którzy wcześniej produkowali wycinarki CO2, zwiększyli wydajność swoich maszyn tylko o 30-35% zamiast pięciokrotnie? Jak się okazuje, większość z nich oparła te maszyny na konstrukcjach produkowanych przez siebie wcześniej laserów CO2. Stosowane tam rozwiązania są nieadekwatne do nowej technologii. Napędy posuwu tradycyjnie realizowane są za pomocą listew zębatych i przekładni planetarnych, które nie nadają się do obsługi szybkich ruchów, ponieważ współpracujące zęby w przekładniach planetarnych i listwach zębatych przy dużych obciążeniach i częstych nawrotach szybko się zużywają. Dlatego w celu ograniczenia tego efektu redukuje się prędkości i przyspieszenia lasera.

Podobnie rzecz się ma z systemami sterowania projektowanymi z myślą o maszynach skrawających, które poruszają się nieporównywalnie wolniej niż laser. Są to systemy nadążne, w których głowica spóźnia się za pozycją interpolatora proporcjonalnie do prędkości. Wynika z tego, że takie systemy sterowania mogą być szybkie lub dokładne, ale nie szybkie i dokładne jednocześnie. Dlatego producenci laserów dla uniknięcia deformacji ścieżki przy dużych prędkościach na skomplikowanych kształtach czy narożnikach celowo zwalniają posuw do poziomu wielokrotnie niższego niż wynikałoby to z masy poruszanych elementów. Niestety, tym samym marnują potencjał źródeł fiber.

Udostępnij:

Drukuj



Przemysław Kimla




TOP w kategorii






Chcesz otrzymać nasze czasopismo?
Zamów prenumeratę
Zobacz również