Ultra

Jan 03, 2024

Mit der Einführung von Kilowatt-Faserlasern in den frühen 2000er-Jahren und ihrer anschließenden Integration in Schneidwerkzeuge in den späten 2000er-Jahren haben Faserlaser das Laserschneiden von einer Nischenmethode zu einem Mainstream-Fertigungsprozess gemacht. Seitdem dominieren Faserlaser das Laserschneiden von Blechen aufgrund ihrer einfachen Integration, Zuverlässigkeit, geringen Wartung und niedrigen Kapital- und Betriebskosten im Vergleich zu früherer Lasertechnologie, hohen Schnittgeschwindigkeiten und der Möglichkeit, ihre Leistung zu steigern. Der Laserschneidmarkt ist im letzten Jahrzehnt jährlich um mehr als 10 Prozent gewachsen, mehr als doppelt so schnell wie andere Profilschneidverfahren.

In den letzten Jahren hat die Fertigungsindustrie eine rasche Einführung von Ultrahochleistungsfaserlasern (UHP) im Bereich von 10 bis 40 kW zum Schneiden erlebt. Wenn man jedes Jahr auf der Ausstellungsfläche von FABTECH oder in seinen Bildungsseminaren die hochmodernen Laserschneidsysteme verfolgt, wäre einem aufgefallen, dass die maximale Leistung, die zum Schneiden zur Verfügung steht, dramatisch von 6 kW im Jahr 2016 auf 40 kW im Jahr 2022 gestiegen ist fast siebenfache Steigerung in sechs Jahren. Allein in den letzten drei Jahren ist die maximale Laserleistung an Schneidanlagen von 15 auf 40 kW gestiegen. Das hohe Tempo der UHP-Laserentwicklungen hat sich in diesem Jahr fortgesetzt, angeführt von zwei bemerkenswerten jüngsten Entwicklungen: der Verfügbarkeit des 50-kW-Faserlasers zum Schneiden und seiner Erprobung im Feld; und die Einführung hocheffizienter UHP-Faserlaser mit elektrischen Wirkungsgraden von mehr als 50 Prozent, die erhebliche Energieeinsparungen für Hochleistungsschneidanwendungen mit hohen Arbeitszyklen bieten.

Die Überschneidung dreier wichtiger Entwicklungen in den letzten Jahren hat den Trend zum UHP-Schneiden möglich gemacht: geringere Kosten/kW-Leistung von Faserlasern, Verfügbarkeit von Schneidköpfen, die die ultrahohe Laserleistung bewältigen können, und bessere Kenntnisse der Anwendungstechnik zum Thema Hochleistungslaserschneiden.

Mit zunehmender Laserleistung steigen die Schnittgeschwindigkeiten dramatisch an, was zu einer erheblichen Reduzierung der Betriebskosten (einschließlich Gasverbrauch, Zykluszeit pro Teil und Energieverbrauch pro Teil) und deutlich niedrigeren Kosten pro Teil führt. Beispielsweise vervierfacht sich die Schnittgeschwindigkeit der meisten rostfreien Stähle mehr als, indem die Leistung von 6 kW auf 15 kW erhöht wird, während beim Schneiden mit niedriger und hoher Leistung der gleiche Hilfsgasdruck und die gleiche Düsengröße (d. h. der gleiche Gasfluss) verwendet werden Dies führt zu einer mehrfachen Reduzierung des Gasverbrauchs und anderer Betriebskosten.

UHP-Laser ermöglichen auch das schlackenfreie Schneiden von dickem Kohlenstoffstahl und Edelstahl mit Hochdruckluft anstelle des teureren Stickstoffs oder Sauerstoffschneiden, das viel langsamer ist. Das Schneiden mit luftunterstütztem Gas ist bei hohen Laserleistungen deutlich schneller als das Sauerstoffschneiden, da beim Luftschneiden – anders als beim Sauerstoffschneiden – die Geschwindigkeit mit der Laserleistung zunimmt. Wenn beispielsweise 16 mm dicker Kohlenstoffstahl mit einem 30-kW-Laser geschnitten wird, beträgt die Schnittgeschwindigkeit bei luftunterstütztem Gas mehr als 9 m/min, bei Verwendung von Sauerstoff jedoch nur etwa 2 m/min.

Beim Schneiden mit Stickstoffunterstützungsgas für 10 mm dicken Edelstahl erhöht sich die Schnittgeschwindigkeit von etwa 2 m/min bei 6 kW auf über 12 m/min bei 15 kW, was einer sechsfachen Steigerung mit einem 2,5-fachen Leistungssprung entspricht. Diese erhöhte Geschwindigkeit führt bei den meisten Teilekonstruktionen leicht zu einer zwei- bis dreifachen Senkung der Kosten pro Teil. Ein doppelt so produktives Laserschneidsystem ist jedoch nicht doppelt so teuer, da die Kosten der Laserquelle pro Kilowatt mit zunehmender Laserleistung sinken und die höheren Laserkosten in den Gesamtkosten der Werkzeugmaschine aufgehen.

Durch die deutliche Verbesserung der Schnittgeschwindigkeiten hat UHP das Laserschneiden gegenüber mechanischen Schneidmethoden wie dem Stanzen wettbewerbsfähiger gemacht und gleichzeitig die einzigartigen Vorteile (nämlich Flexibilität, kein Werkzeugverschleiß, berührungsloses Schneiden und die Möglichkeit, komplizierte dünne Wände zu schneiden) beibehalten. Der Vorteil des Stanzens gegenüber jedem Profilschneideverfahren wie dem Laser liegt typischerweise in der Massenfertigung von Teilen mit relativ einfachen Geometrien, für die sich die anfänglichen Werkzeugkosten rechtfertigen lassen. Da die Fertigungsindustrie jedoch zunehmend mehr Flexibilität verlangt, haben die hohen Schnittgeschwindigkeiten von UHP-Lasern die Kostenüberlegung zwischen Laser und Stanzen zugunsten von Lasern verschoben.

Vor dem Aufkommen von Hochleistungslasern wurde allgemein angenommen, dass Laser am besten für dünnere Schnitte geeignet seien, während Plasmen auf dickere Schnitte abzielten. Obwohl Plasmen beim Schneiden dicker Metalle eine gute Leistung erbringen, hat der dramatische Anstieg der Laserleistung in den letzten sechs Jahren die wahrgenommene Grenze zwischen Laser- und Plasmadicke jedes Jahr zugunsten von Lasern verschoben.

Anwendungstests haben gezeigt, dass das Laserschneiden von Metallen bis zu 100 mm Dicke mit 30 kW qualitativ hochwertig ist. Jüngste Tests zeigen, dass mit 40 kW das Laserschneiden von Kohlenstoffstahl bis zu einer Dicke von 230 mm mit luftunterstütztem Gas möglich ist. Vergleichstests zwischen UHP-Lasern und Hochleistungsplasma zeigen, dass 40-kW-Faserlaserschnitte von Edelstahlabschnitten mit einer Dicke von 12 bis 50 mm 3-4x schneller sind und Weichstahlabschnitte mit einer Dicke von 12 bis 30 mm 3-4,5x schneller sind Laser. Dank ultrahoher Produktivität, erhöhter Dickenfähigkeit und guter Schnittqualität (bartfreie, nahezu verjüngungsfreie Schnitte) ersetzen Laser mit 15 kW Leistung und mehr Plasmaschneider in immer mehr Anwendungen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Ultrahochleistungslaser im Bereich von 10 bis 50 kW die Wettbewerbslandschaft der Metallschneideprozesse verändern, indem sie eine ultrahohe Produktivität und niedrigere Kosten pro Teil sowie eine verbesserte Reichweite und Qualität beim Dickschneiden ermöglichen . Das UHP-Laserschneiden senkt die Herstellungskosten, indem es den Hilfsgasverbrauch pro Teil senkt, N2- und O2-Hilfsgase durch Druckluft ersetzt und gleichzeitig die Qualität beibehält, den Stromverbrauch pro Teil reduziert und den Platzbedarf der Maschine sowie die Anzahl der erforderlichen Maschinenbediener verringert.

Es wird erwartet, dass diese leistungsstarken Vorteile noch überzeugender werden, da die Leistungs- und Energieeffizienz von Ultrahochleistungslasern weiter zunimmt, was ihre Fähigkeit erweitert, Schneidanwendungen in verschiedenen Branchen zu transformieren. In ein paar Jahren wird die ultrahohe Leistung von Lasern möglicherweise nicht mehr „ultra“ sein.

Die Laserbearbeitung ist ein sich schnell veränderndes Feld. Um die Grundlagen zu erlernen und aktuelle Schulungen zum Laserschneiden, Laserschweißen und anderen Laseranwendungen zu erhalten, einschließlich weiterer Details zum Ultrahochleistungslaserschneiden, suchen Sie nach den diesjährigen Lasersitzungen auf der FABTECH 2022 in Atlanta (8. November). -10).

Besuchen Sie fabtechexpo.com/conference, um mehr zu erfahren.

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