Szállézer technológia előnyei.

Átírás

1 Szállézer technológia előnyei. Kiváló nyalábminőség Nagy leadott teljesítmény A nyaláb továbbítása optikai szálon Beépített hűtő Beépített nyalábkapcsolók Beépített tartalékolás Nincs mechanikus rezonátor Nincsenek javítandó alkatrészek Nincs lyukasztási idő Nincs szivattyú, szűrő, tükör, lézercső Idő és energia megosztás Kompakt lézerfejek Mobil lézer IPG Laser GmbH Siemensstr. 7 D Burbach +49 (0) sales.europe@ipgphotonics.com

2 Szállézer a zöld energia Az elmúlt évtizedekben a hagyományos CO 2 -lézerek és a diódagerjesztésű Nd:YAG lézerek uralták az anyagfeldolgozás piacát. Mára azonban oda jutottunk, hogy a (FIBER) szállézer-technika megpróbál versenyre kelni a CO 2 -lézer kipróbált igáslovával, és nagyobb teljesítményének köszönhetően egy sor hegesztési és vágási alkalmazás terén máris számos hagyományos CO 2 -lézert és diódagerjesztésű Nd:YAG lézert kiváltott. A szállézerek piaci részaránya az anyagfeldolgozással összefüggő alkalmazásokban évente 30%-ot meghaladó arányban nő, minthogy a hagyományos CO 2, a diódagerjesztésű Nd:YAG, valamint a tárcsalézerekkel szemben költségkímélő alternatívát kínálnak. A szállézer különösen a fémfeldolgozás terén rendelkezik komoly előnnyel minden más lézerrel szemben, legyen szó teljesítményről, hatékonyságról, vágásminőségről, illetve karbantartási és üzemeltetési költségről. A nyaláb egy hajlékony szálon halad előre és egyszer sem kell korrigálni. Ezért a szállézerek könnyen beépíthetők az új rendszerekbe vagy nagyszerűen felhasználhatók a felújításoknál. Az alábbi rövid, tényszerű összefoglaló válaszokat ad a gyakran feltett kérdésekre. Melyek a szállézerek előnyei a hagyományos gáz-, illetve kristálylézerekkel szemben, és milyen vágási, illetve hegesztési eredményeket lehet elérni vele? Kiváló sugárnyaláb minőség 0,5 kw 2kW teljesítményű szállézer, 50 µm-es vagy nagyobb feldolgozó szálakkal A teljesítmény mellett a sugárnyaláb minőség (BPP) a lézerforrások legfontosabb paramétere. A szállézer olyan kis területre fókuszálható, amelynek területe a CO 2 -lézer átmérőjének mindössze egytizede. A szállézerrel megmunkált munkadarab azért sokkal szebb, mert felületét százszor akkora teljesítménysűrűség éri. Éppen ezért nem is szokás egy az egyben összevetni a szállézer és a CO 2 -lézer teljesítményét. (1 kw-nyi szállézer-teljesítmény 3 kw CO 2 -lézerteljesítménynek megfelelő sebességgel vágja a 3-5 mm vastag rozsdamentes acélt). A 15 és 20 mm lemezvastagság tartományban a lézerteljesítményt meg kell növelni ahhoz, hogy a szállézer gyorsabban vágjon, mint a CO 2 -lézer. Ezenkívül a kb. 1 µm-es üzemi hullámhossz szobahőmérsékleten nagyjából 7-szer akkora abszorpciót hoz létre a fémekben, mint a 10,6 µm-es hullámhossz. A CO 2 -lézer és a szállézer terjedését figyelembe véve, alapvető különbségek mutatkoznak közöttük a szállézer javára: 5kW-os Low Order Mode és 1kW-os Single Mode szállézerek (BPP <4,5 mm x mrad és 0,35 mm x rad) Kisebb fókuszpont-átmérő, jobb BPP értékkel. A kisebb fókuszpont nagyobb teljesítménysűrűséget vagy nagyobb fókuszhosszúságot képes előállítani, ami fokozza az eljárás stabilitását. Kisebb és könnyebb optika használatát teszi lehetővé. Kismértékű fókuszelcsúszás. Alacsony veszteség a szálkábelen.

3 Energiafogyasztás és energiaköltségek A CO 2 -lézer és a szállézer energiafelhasználásának (4kW) összehasonlítása 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 Energia lézer Energia hűtő Készenlét lézer Készenlét hűtő 4kW-os CO 2 44,0 16,8 12,0 8,0 4kW-os szállézer (hűtővel és 2- utas nyalábkapcsolóval) 13,3 4,7 0,9 1,0 A 4 kw-os szállézer névleges üzemi energiafelvétele 18 kw, a 4 kw-os CO 2 -lézer 57 kw-os energiafelvételével szemben. Ha a szállézerekben a kompresszoros hűtők helyett hőcserélőket használunk, akkor a teljesítményfelvétel tovább csökkenthető. A CO 2 -lézer és a szállézer (4kW) energia költségének összehasonlítása Feltételezett energiaár: 0,06 / kwh 3,00 2,50 2,00 Euró 1,50 1,00 0,50 0,00 Energiaköltség lézer / ó Energiaköltség hűtő / ó Készenlét lézer/ ó Készenlét hűtő / ó 4kW CO 2 2,64 1,01 0,72 0,48 4kW-os szállézer (hűtővel és 2- utas nyalábkapcsolóval) 0,80 0,28 0,05 0,06 A 4 kw-os szállézer energiaköltsége névleges teljesítményen kisebb, mint a CO 2 -lézer (4kW) készenléti költsége. A szállézer hatékonysága megfelel a Green Laser Power követelményszintnek. A fejlett IPG szállézer technológia esetében általában 30%-kal jobb hatékonysággal lehet számolni.

4 Helyigény és annak költsége 4kW-os (vagy 8kW-os) szállézer beépített nyalábkapcsolóval és hűtővel Helyigény (CO 2 / szállézer, 4kW) 30 [m2] kW CO 2 4kW szállézer Helyigény 26 2 A 4kW-os (8kW-os) szállézer helyigénye 13-szor kisebb, mint a 4kW-os CO 2 -lézeré. A padló költsége/ó (200 /m 2 /év, 5000 ó) 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 4kW CO 2 4kW szállézer (hűtővel 2-utas nyalábkapcsolóval A padló költsége/ó (200 /m 2 /év, 5000 ó 1,04 0,08 A padló költsége között is lehet különbség néha akár több mint 200 /m 2.

5 Tartalék- és cserealkatrészek költsége Óránkénti tartalék- és cserealkatrész-költség CO 2 / szállézer (mindkettő 4kW) 0,60 0,50 0,40 Euró 0,30 0,20 0,10 0,00 Lézercső Vák. sziv. Szűrő Opt. Kvarccső Vent. Kieg. Gáz (He, N 2 CO 2 ) 4kW CO 2 0,51 0,05 0,13 0,09 0,04 0,02 0,05 0,31 4kW szállézer (hűtővel és 2- utas nyalábkapcsolóval) ILYEN KÖLTSÉG NEM JELENTKEZIK Szemben a CO 2 -lézerrel, a szállézer nem igényel karbantartást. Nincsenek alkatrészei pl. lézercsövek, vákuumszivattyúk, kimeneti csatolók, ventilátorok vagy lézergázok amelyeket folyton cserélni kellene. A szállézer feldolgozószálakat használ, amelyek minimális hajlítási rádiusza 200 mm. A feldolgozószál kiváló gyorsulása óriási előny. Tartalék-/cserealkatrészek összesen 1,20 1,00 0,80 Euró 0,60 0,40 0,20 0,00 4kW CO 2 4kW szállézer (hűtővel és 2-utas nyalábkapcsolóval) Tartalék-/cserealkatrészek össz. 1,20 Nincs A tartalék- és cserealkatrészek összköltsége óránként a CO 2 és a szállézer esetében.

6 Az üzemeltetés összköltsége CO 2 / szállézer - 4kW Összköltség/óra 6,00 5,00 4,00 Euro 3,00 2,00 1,00 0,00 Összköltség/óra (ezen belül helyigény, energiaköltség, 100% ON, 5000 ó, tartalék- és csere-alkatrész költség) 4kW szállézer (hűtővel és 4kW CO 2 2-utas nyalábkapcsolóval) 5,68 1,37 A szállézernek négyszer annyi ideig kell dolgoznia ahhoz, hogy üzemeltetési költsége elérje a 4 kw-os CO 2 -lézerét. Megtakarítás 3 év alatt (5000 óra/év): TELJES ÜZEMELTETÉSI KÖLTSÉG: 4kW-os CO 2 -lézer: / 4kW-os szállézer: Megtakarítás:

7 3kW-os CO 2 -lézer összehasonlítása 1kW-os szállézerrel Energiafogyasztás 3kW-os CO 2-lézer / 1kW-os szállézer 40,0 30,0 kw 20,0 10,0 0,0 Fogyasztás lézer Fogyasztás hűtő Készenlét lézer Készenlét hűtő 3kW-os CO 2 36,0 13,0 10,0 6,0 1kW-os szállézer (hűtővel) 3,5 1,6 0,4 0,6 Vágás szállézerekkel A különböző lézerek max. vágási sebességének összehasonlítása rozsdamentes acél vágógáz: Max. vágási sebesség (m/perc) Fiber Laser vastagság (mm) Dr. Morgenthal, Fraunhofer IWS Dresden, 2. Nemzetközi Szállézer Workshop, 2005: A YLR-1000 szállézer közel ugyanolyan vágási sebességet biztosít 3-5 mm anyagvastagság esetén, mint a CO 2 -lézer 2,5 3kW teljesítmény mellett. A különböző lézerek vágóél-topográfiája összehasonlítható.

8 4kW-os 4kW-os CO CO 2 -lézer -lézer összehasonlítása összehasonlítása 2 2kW-os 2kW-os szállézerrel Energiafelhasználás 4kW-os CO 2 -lézer / 2kW-os szállézer 45,0 40,0 35,0 30,0 25,0 kw 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 Fogyasztás lézer Fogyasztás hűtő Készenlét lézer Készenlét hűtő 4kW-os CO2-lézer 44,0 16,8 12,0 8,0 2kW-os szállézer (hűtővel) 7 2,6 0,6 0,7 Vágási sebesség (m/perc) Rozsdamentes acél Anyagvastagság (mm)

9 Vágási eredmények Rozsdamentes acél Lágyacél Sebesség (m/perc) Foltméret Vastagság (mm) Sebesség m/perc Nitrogénnel vágott rozsdamentes acél YLR-2000 YR30 vágófej Szál = 100 µm f c = 73 mm f f= 100 mm 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Anyagvastagság, mm

10 Vágási eredmények A 15 mm-es rozsdamentes acélminták vágásminősége 5 kw-os CO 2 -lézerrel és 4 kw-os szállézerrel (Fraunhofer IWS, Dresden). 2 kw-os szállézer (10mm), v= 0,7 m/perc (8 mm), v= 1,2 m/perc (6mm), v= 2,1 m/perc (4mm), v= 4,4 m/perc 10mm 8mm 6mm 4mm

11 Vágási eredmények 4 3,5 3 Vágási sebesség [m/perc] 2,5 2 1,5 1 0,5 0 8 mm-es rozsdamentes acél 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 Lézerteljesítmény [kw] 8mm-es rozsdamentes acél vágása, YLR-5000 (5kW), BPP 4.5 mmxmrad

12 Szállézer és tárcsalézer 4 kw-os lézerek összehasonlítása energiafogyasztás tekintetében 20,0 15,0 kwatt 10,0 5,0 4kW-os tárcsalézer 0,0 LÉZER HŰTŐ LÉZER (Készenl.) HŰTŐ (Készenl.) 4kW-os (WW) szállézer 4kW-os (IHE) szállézer 4kW-os disc lézer 16,8 8,0 6,2 2,0 4kW-os (WW) szállézer 13,3 4,7 0,9 1 4kW-os (IHE) szállézer 13,3 2,3 0,9 0,3 WW: Beépített víz/víz/kompresszor hűtő IHE: Beépített hőcserélő (az energiafogyasztás a belépő vízhőmérséklettől függ, pl. Tin < 10 o C esetén a hőcserélő energiafogyasztása < 2,3kW) Nyalábminőség [mm x mrad] Szállézer 4kW Tárcsalézer 4kW Nyalábminőség [mm x mr ad] 2 8 Rel. teljesítménysűrűség Szállézer 4kW Tárcsalézer 4kW Rel. teljesítménysűrűség 16 1 Rel. helyigény 2,00 1,00 0,00 Szállézer 4kW Tárcsalézer 4kW Rel. helyigény [m2] 1,00 1,70 Rel. súly [kg] 10,00 5,00 0,00 Szállézer 4kW Tárcsalézer 4kW Rel. súly [ kg] 1,00 5,50

13 Új generációs (IPG) és korábbi generációs fiber lézer összehasonlítás. Energiafogyasztás [kw] W IPG szállézer 300W Trufiber (hűtő nélkül) Energiafogyasztás [kw] 1 2,8 Súly [kg] W IPG szállézer 300W Trufiber (hűtő nélkül) Súly [kg] Beruházás 2 1,5 1 0, W IPG szállézer 300W Trufiber (hűtő nélkül) Rel. ár 1 2

14 Optika hegesztéshez és vágáshoz Nyalábelcsúszás, 8kW-os szállézer, szál: 200µm Nyalábelcsúszás, 8kW-os szállézer, szál: 600µm

15 Távvezérelt vágás új kihívás előtt az egyfrekvenciás lézer Szkenner távvágás (FiberCut) 1 kw-os egyfrekvenciás lézerrel Egyfrekvenciás távvágás (80 mm x 30 mm x 0,5 mm), Forrás: Dr. Himmer, Fraunhofer IWS, Dresden, Fraunhofer 2007-es éves jelentés

16 Ipari szállézer alkalmazások 2D-s vágás 3D-s vágás Hegesztés Hegesztés

17 Ipari szállézer alkalmazások Tompa illesztés, kb. 5 cm-es rozsdamentes acél Kétoldali tompavarrat, 20kW (200 µm-es feldolgozószál) Átlapolt illesztés, 2x 15mm rozsdamentes acél kW (200 µm-es feldolgozószál) Welding Behatolás rozsdamentes acélba Anyag: Rozsdamentes acél Szállézer: 8kW Foltátmérő: 330µm

18