„MM Magazyn Przemysłowy”: Jakie są najnowsze trendy, jeżeli chodzi o technologię laserową do cięcia?

Przemysław Kimla, prezes zarządu firmy Kimla: Jednym z trendów jest zmiana technologii CO2 na technologię światłowodową. Jeśli chodzi o moce powyżej 1 kW, to technologia ta jest znana przynajmniej od kilkunastu lat, ale dopiero sześć-siedem lat temu nabrała ona rozpędu. Na początku może w sposób mało imponujący, aż w końcu w 2014 r. na wykresie ilości produkowanych wycinarek skrzyżowały się dwie linie: spadająca CO2 i rosnąca wycinarek laserowych światłowodowych.

Jak sytuacja wygląda obecnie?

Obecnie 90% produkowanych na świecie laserów to lasery światłowodowe. Ta technologia przyjęła się w 100%, ale nie oznacza to, że lasery CO2 znikną z rynku. Mają one bowiem cechy pozwalające na zastosowanie ich w aplikacjach, w których nie da się skorzystać z lasera światłowodowego. Lasery światłowodowe doskonale wycinają materiały metalowe, przede wszystkim dlatego, że mają 10 razy krótszą długość fali, a metale lepiej absorbują krótsze fale. Przyniosły one rewolucję w technologii cięcia cienkich blach, gdyż w wielu przypadkach okazało się, że jedna wycinarka światłowodowa potrafi zastąpić kilka laserów CO2.

Wycinarka laserowa Laser Flashcut linear z napędami liniowymi, umożliwia szybkie i wydajne wycinanie dowolnych kształtów z arkuszy blach

Na prostych odcinkach laser światłowodowy jest w stanie wycinać dużo szybciej od lasera CO2. W niektórych przypadkach wydajność co prawda wzrasta tylko o 20–30% w stosunku do wycinarek CO2, ale koszt eksploatacji jest i tak trzy, cztery razy niższy. Dzięki zwiększeniu wydajności zyskujemy więcej oszczędności. Wzrost wydajności na poziomie 30% to niezły wynik, ale wciąż marnowany jest potencjał drzemiący w technologii lasera światłowodowego, ponieważ może on pracować kilka razy szybciej, jeśli zostanie właściwie użyty. Dzieje się tak, ponieważ przy cienkich blachach, gdzie wycinarka potrafi wycinać bardzo szybko, ograniczeniem jest dynamika pracy maszyny, która związana jest z konstrukcją urządzenia, systemu sterowania oraz rodzajem napędów. Największym wrogiem szybkości jest poruszana masa. Lasery CO2 były wolne, więc ta masa nie była tak istotna, ponadto układy napędowe były głównie oparte na przekładniach zębatkowych. W przypadku wykorzystania ich przy laserach światłowodowych okazało się, że przy częstej zmianie kierunku przekładnie zaczęły się bardzo szybko zużywać. I tutaj mamy do czynienia z kolejnym trendem – napędami liniowymi. Dają one dużą dynamikę przy lekkiej i odpowiednio sztywnej konstrukcji, a przy tym minimalizują drgania i wibracje. Poza tym są dużo dokładniejsze i pozwalają wyeliminować zużycie części czy luz zwrotny. W naszej ofercie są to wycinarki laserowe typu Flashcut i Powercut.

Jakie nowe rozwiązania są wykorzystywane w maszynach do cięcia?

Ogromną furorę w wycinarkach laserowych robią wspomniane wcześniej napędy liniowe. Stosuje je coraz więcej producentów, podobnie jak systemy sterowania, które mają zintegrowane wszystkie funkcjonalności, tak by do wykonania części wystarczył tylko operator przy maszynie, a nie operator, technolog i konstruktor, jak do tej pory. Dzięki temu można zaoszczędzić mnóstwo czasu. Kolejnym rozwiązaniem są szybsze napędy, ale to akurat dotyczy wszystkich maszyn.

Laser światłowodowy

Natomiast jeśli chodzi o wycinarki laserowe, to należy się skupić na źródle lasera i głowicy, które decydują o bardzo wielu parametrach takiej maszyny. Często zdarzają się bowiem różnego rodzaju problemy związane z głowicami, jak np. zabrudzenia optyki. Długa droga od producenta maszyny przez producenta głowicy, a na końcu źródła powoduje, że czas usunięcia problemu wydłuża się w czasie i powoduje dłuższe przestoje. Ponieważ sami prowadzimy prace badawczo-rozwojowe, mogliśmy wprowadzić wiele usprawnień, które minimalizują, a nawet eliminują takie sytuacje. Obecnie wiele firm zajmuje się właśnie opracowaniem swoich głowic lub ulepszaniem tych dostępnych.

Wrażliwość optyki w laserach światłowodowych jest dużo wyższa, w związku z tym wszelkie prace remontowe obsługiwane były przez producenta głowicy ze względu na konieczność wykonywania ich w specjalnych warunkach. Chcąc wyeliminować ten proces, stworzyliśmy specjalną kasetę umożliwiającą samodzielną wymianę soczewki przez operatora na maszynie dosłownie w ciągu chwili. Kolejne usprawnienie, jakie wprowadziliśmy, to technologia Lens Care, pozwalająca monitorować stan soczewki w głowicy. Ponieważ jest ona wbudowana w głowicę, nie ma możliwości, żeby sprawdzić ją na co dzień, a dzięki zamontowanym przez nas mikroczujnikom można podjąć wiele działań prewencyjnych.

Następnym usprawnieniem w naszych głowicach i jednocześnie rozwiązaniem problemu nagrzewania się soczewek przy zwiększaniu mocy jest zastosowanie soczewek asferycznych. Standardowe obiektywy w celu wyeliminowania aberracji sferycznej wymagają zastosowania dwóch soczewek, co podwaja ilość optyki w głowicy. Powoduje to zwiększenie absorpcji, a co za tym idzie, nagrzewania się soczewek. Zastosowanie pojedynczych soczewek o specjalnym kształcie zmniejsza absorpcję o połowę, co pozwala na dwukrotne zwiększenie mocy bez zwiększenia strat. Dzięki temu obecna granica 8 kW podniesiona została do 15 kW.

Dział rozwojowo-badawczy

Wracając do źródła lasera, zamawiamy je w firmie IPG. Są to lasery z zapasem mocy, co oznacza, że źródło, które dostarczamy, ma w rzeczywistości większą moc niż moc nominalna. Na przykład źródło o mocy nominalnej 6 kW w rzeczywistości ma moc ponad 7kW, co powoduje, że źródło pracuje z niepełną mocą, np. tylko na 85% swoich możliwości, ale dzięki temu ma większą żywotność. Dodatkowo dzięki temu mamy możliwość automatycznego złączenia modułów rezerwowych. I tak np. w sytuacji, kiedy pojawia się uszkodzenie któregoś z modułów, pozostałe z nich mogą podnieść swoją moc do 100%. W ten sposób maszyna aż do przyjazdu serwisu może generować pełną moc i ciąć na swoich nominalnych parametrach. Firma Kimla w swoich laserach zastosowała opatentowane rozwiązania rozszerzające jego możliwości, takie jak skanowanie przedmiotów z natury, drukarki do automatycznego opisywania części czy trzypaletowy system do niezależnego załadunku i rozładunku materiału.

Przed jakimi największymi wyzwaniami stoją dzisiaj producenci maszyn do cięcia?

W celu szybszego rozwoju produktów w naszej firmie utworzono centrum badawczo-rozwojowe. Jego celem jest wydłużenie żywotności materiałów eksploatacyjnych, zwiększenie mocy oraz umożliwienie klientom wykonywania czynności serwisowych, które do tej pory pozostawały wyłącznie w gestii zaawansowanego serwisu producenta.