Dynamiczny rozwój świata oraz ogromny postęp technologiczny w przemyśle dostarczają coraz to lepsze i wydajniejsze urządzenia ułatwiające nam codzienną pracę. Zwykle bywa tak, iż wraz z nadejściem "czegoś" nowego, nieznanego, nasuwa się wiele pytań i niepewności, na które ciężko znaleźć jednoznaczną odpowiedź. Jakie urządzenie wybrać? Która technologia będzie najlepsza dla mojej firmy? To pytanie zadaje sobie wielu przedsiębiorców stojących przed wyborem zakupu maszyny przemysłowej.
Najbardziej znanymi na rynku źródłami wycinarek laserowych są CO2, Fiber oraz YAG. Każdy z wymienionych laserów ma zarówno swoje wady, jak i zalety. Nie ma tutaj "złotego środka", który będzie odpowiedni dla każdego.
Przymierzając się do zakupu maszyn CNC do wycinania laserowego najważniejszą kwestią jest jej odpowiedni dobór. Trzeba zadać sobie pytanie do czego będziemy jej używać, jakiego materiału będziemy używać do obróbki, oraz najważniejsze jaki mamy na to przeznaczony budżet. Podstawową różnicą dostępnych na rynku urządzeń laserowych jest wbudowane źródło lasera. Bardzo ważnym czynnikiem przy wyborze maszyny są także koszty eksploatacji maszyny, które bezpośrednio przekładają się na koszty produkcji.
Laser CO2
Najpopularniejszym w przemyśle obróbczym jest laser gazowy CO2, w którym źródło wiązki stanowi mieszanina dwutlenku węgla oraz innych gazów aktywowanych elektrycznie. Następnie wiązka prowadzona jest do stołu roboczego za pomocą systemu luster. Długość fali w laserze CO2 wynosi 10,6 mikrometra. Swego czasu był najchętniej wybieranym typem lasera ze względu na uniwersalność i wysoką sprawność. Wycinarki laserowe CO2 bardzo dobrze radzą sobie z cięciem cienkich blach oraz materiałów z tworzywa sztucznego. Warto podzielić klasyfikację laserów CO2 na te do metali oraz te do niemetali. W przypadku urządzeń do niemetali lasery CO2 są na tą chwilę niezastąpione i bezkonkurencyjne na rynku. Warto zwrócić jednak uwagę, iż w przypadku wycinarek laserowych CO2 przeznaczonych do wycinania metali (głównie tych o dużej mocy), technologia ta powoli odchodzi do przeszłości, w związku z pojawieniem się na rynku nowej opartej na światłowodowym przesyle wiązki lasera. Liczne podzespoły oraz gazy inicjujące zużywane podczas pracy generują wyższe koszty, a budowa optyczna, która ma bezpośredni wpływ na moc urządzenia wymaga systematycznej konserwacji.
Laser światłowodowy Fiber
Laser światłowodowy Fiber opiera się na aktywnym włóknie optycznym, w którego wnętrzu generowane jest promieniowanie. Posiada domieszki jonów iterbu (długość fali ok. 1um) pierwiastków pochodzących z rzadkich ziem. Ośrodek aktywny pompowany jest diodami laserowymi (długość fali ok. 976-980nm) i prowadzona po cienkim światłowodzie podobnym do tych używanych w innych branżach np. w telekomunikacji. Lasery Fiber należą do grupy laserów na ciele stałym. Wycinarki laserowe Fiber są bardziej ekonomiczne i zużywają do 70 proc. mniej energii, niż lasery gazowe. Niska długość fali oraz większa gęstość energii powoduje że źródła laserowe Fiber są w stanie wygenerować dużą prędkość cięcia przy jednoczesnym mniejszym zapotrzebowaniu na energię. Technologia ta umożliwia cięcie przede wszystkim metali, ale także niektórych tworzyw sztucznych. Największymi atutami wycinarek laserowych Fiber przy zastosowaniu odpowiedniej konstrukcji maszyny jest ich szybkość działania, bardzo niska emisja hałasu oraz nieosiągalna dla innych urządzeń precyzja działania.
Na rynku jeszcze do niedawna panowało przeświadczenie, iż lasery Fiber miały ograniczone działanie, ponieważ w przypadku cięcia grubych materiałów nie zdawały egzaminu i w takich przypadkach polecano maszyny gazowe. Wraz z doskonaleniem technologii światłowodowej stała się ona jednak coraz bardziej uniwersalna i wydaje się, iż powoli wypiera CO2. Coraz większe moce stosowane w laserach Fiber powodują, iż sprawdza się on znakomicie również w przypadku cięcia grubych blach i tworzyw sztucznych. Aby zrobić proste porównanie przyjmijmy źródło Fiber o mocy 4 kW, które daje możliwość cięcia arkuszy blach stalowych o grubości 1 mm z prędkością około trzykrotnie wyższymi w stosunku do laserów CO2. Jeśli natomiast pod uwagę weźmiemy arkusze 2mm różnica ta zmniejszy się do około dwóch razy. Przy materiałach od 8 mm wzwyż wydajność lasera światłowodowego i CO2 jest już zbliżona, nie przesądzając o przewadze jednego urządzenia nad drugim. W przypadku grubszych materiałów przed wyborem powinniśmy wziąć pod rozwagę koszty eksploatacyjne oraz rodzaj ciętego materiału.
Laser YAG (itr-aluminium-granat)
jest laserem opartym na ośrodku w postaci ciała stałego. W źródłach typu YAG ośrodkiem aktywnym jest wyhodowany monokryształ złożony z trzech składników: itru, aluminium oraz granatu. W jego wnętrzu zatopiony jest neodym. W źródle umieszczone są półprzewodnikowe diody laserowe, które generując promieniowanie powodują aktywowanie wiązki. Lasery oparte na YAG nie potrzebują gazu do generowania wiązki. Emitują one promieniowanie o długości fali 1064nm (ta sama długość fali, którą posiadają lasery Fiber) i znacznej energii. Dzięki temu lasery YAG doskonale nadają się do znakowania zarówno metali,materiałów emaliowanych jak i tworzyw sztucznych. Wycinarki laserowe oparte na źródle YAG zawierają dość drogie zużywające się diody pompujące, które wymienia się średnio co +/-12 000 godzin pracy. Monokryształ lasera YAG ma znacznie krótszą żywotność, niż laser Fiber przez co jest mniej ekonomiczny w eksploatacji.
Od wielu lat lasery YAG o mocy 100-500 W są także używane do spawania małych elementów jak przyrządy używane w medycynie czy obudowy sprzętu elektronicznego.
Na rynku jest coraz mniej serwisów, które podejmują się serwisowania i przeglądów okresowych, co powoduje kolejne obciążenie dla użytkowników wyeksploatowanych już maszyn. Świadczy o tym m.in. fakt, że w ostatnich latach zauważyliśmy wzrost ilości firm zgłaszających się do naszego działu serwisowego z prośbą o pomoc, w szczególności w przypadkach, w których chodzi o serwisowanie maszyn innych producentów. Firmy te potrzebują wsparcia, gdyż nikt inny, często pomimo prób, nie był w stanie im pomóc. Wychodząc naprzeciw oczekiwaniom naszych klientów, w miarę możliwości czasowych naszego działu serwisowego staramy się podejmować serwisów również maszyn nie naszej produkcji. Świadczy o tym jeden z ostatnio przeprowadzonych serwisów, w którym do firmy trafiliśmy jako 6 (szósta) firma, po nieudanych próbach poprzednich ekip serwisowych. Zachęcamy do zapoznania się z referencjami opisującymi powyższą sytuację znajdującymi się pod poniższym linkiem: https://atmsolutions.pl/atmsolutions_opinie#veyna.
Najważniejsze różnice pomiędzy laserami CO2, Fiber, YAG:
| CO2 | Fiber | Yag | |
|---|---|---|---|
|
OPTYKA |
Układ optyczny do przenoszenia wiązki. Straty gazów osłonowych, które są pompowane w drogę wiązki. | Brak optyki wewnętrznej, luster, generatora i lamp. Wiązka przenoszona za pomocą światłowodu. | Brak optyki wewnętrznej, luster, generatora i lamp. |
| KOSZTY ENERGII | Duże koszty zużycia energii. | Koszty energii mniejsze o 70% w stosunku do lasera CO2. | Koszty zużycia energii nieznacznie wyższe niż w technologii Fiber. |
| KOSZTY EKSPLOATACJI | Wysokie koszty części zamiennych i serwisowania po dłuższym czasie użytkowania. | Niższe koszty eksploatacji, niż w CO2. | Stosunkowo niskie koszty maszyny, ale wysokie koszty części eksploatacyjne oraz regeneracji źródła. |
| KOSZTY DODATKOWE | Podwyższony koszt eksploatacji : wymiana wentylatorów filtrów czy rur, pompy próżniowej. | Mniejsza awaryjność. | Stosunkowo drogie diody pompujące, których żywotność jest niska. |
| ZAPOTRZEBOWANIE NA CHŁODZENIE | Duże zapotrzebowanie na chłodzenie. | Mniejsze zapotrzebowanie na chłodzenie. | Znaczące zapotrzebowanie na chłodzenie. |
| ZAKRES MATERIAŁÓW | Większa gama obrabianych materiałów: tworzywa sztuczne, przy zastosowaniu głowicy z możliwością zastosowania gazu wspomagającego również metale. | Metale i niektóre tworzywa sztuczne. | Metale i niektóre tworzywa sztuczne. |
| KOSZT MASZYNY | Niższy koszt maszyny niż maszyny ze źródłem Fiber. | Wysokie ceny urządzeń. | Niska cena maszyny. |
| DOKŁADNOŚĆ | Mniej dokładne i wolniejsze cięcie. | Bardziej precyzyjne i szybsze cięcie cienkich materiałów. | Mniej dokładne i wolniejsze cięcie. |
Podsumowując na rynku wycinarek CNC użytkownicy mają do wyboru kilka rozwiązań. Czasami różnice jakościowe i prędkościowe wynikają z materiału, który jest poddawany obróbce. Cięcie większości stopów metali, wychodzi lepiej na laserze Fiber, zaś zdarzają się przypadki kiedy to aby uzyskać odpowiednią jakość wymagany jest laser CO2. Wybór należy jednak ostatecznie do użytkownika maszyny i jego oczekiwań.
Lasery CO2 mają przewagę nad Fiberem w związku z tym, iż oprócz cięcia metali umożliwiają obróbkę żywic epoksydowych, PET-ów, skóry, szkła, papieru, drewna. Warto zastanowić się nad nimi, jeśli profil działalności firmy nie jest ukierunkowany tylko na wąski zakres używanych materiałów oraz na cięcie metali na dużą skalę.
Lasery światłowodowe posiadają możliwość cięcia materiałów odbijających światło (np.:aluminium, miedź) bez ryzyka uszkodzenia urządzenia, jak również radzą sobie z cięciem niektórych tworzyw sztucznych.
W przypadku tak poważnej inwestycji jaką jest zakup wycinarki laserowej użytkownik powinien podjąć przemyślaną decyzję, jaki rodzaj maszyny będzie dla profilu jego działalności najlepszym rozwiązaniem. Czy postawić na bardziej rozwojową technologię Fiber, czy może jednak na sprawdzoną, ale przez wielu uważaną za schyłkową i sukcesywnie wycofującą się z rynku CO2. Należy jednak pamiętać że to firma dostarczająca rozwiązanie powinna być partnerem i wsparciem w doborze technologii i służyć dobrą, popartą wieloletnim doświadczeniem radą w wyborze urządzenia.
Faktem jest, iż w branży przemysłowej słychać coraz więcej głosów przemawiających za technologią światłowodową Fiber. Głównym argumentem jest prędkość pracy urządzenia, a jak wiadomo w przemyśle ,,czas to pieniądz”. Pomimo, iż cena maszyny jest znacznie wyższa, to całkowity rozrachunek na przestrzeni okresu użytkowania może okazać się zupełnie odmienny i nieść ze sobą wiele korzyści ekonomicznych dla potencjalnego użytkownika .Wydaje się , że na tą chwilę lasery Fiber są przyszłością i to one zdominują gałąź przemysłu opierającą się na cięciu metali do kilkudziesięciu mm grubości. Oczywiście, aż do pojawienia się całkowicie nowej technologii...
Bibliografia
[1] https://atmsolutions.pl/
[2] Bernard Ziętek, Lasery, Wydawnictwo Naukowe UMK, Toruń 2008, ISBN 978-83-231-2195-4
[3] Svelto O. Principles of Lasers 1989 Plenum Press, New York
[4] Gomersall A.,Lasers in Materials Processes, A ibliography of a Developing Technology, 1986,str.112
[5] https://encyklopedia.pwn.pl/
[6] https://pl.wikipedia.org/wiki/Laser
[7] www.cnc.info.pl - forum
