Ultranagy teljesítményű fiber lézervágók. Van létjogosultságuk?
Megdőlni látszik az a szabály, hogy a fiber lézervágók elsősorban a vékony lemezek vágására alkalmasak.
A fiber lézervágók széles körben elterjedtek az utóbbi 15 évben. A kezdeti néhány kilowatt teljesítményű típusokat nagyobb, akár 8–12 kW teljesítményű, vastag lemezek nagy sebességű vágására is alkalmas verziók követték. Az utóbbi években már a 20 kW teljesítmény is elérhetővé vált, sőt! A 2021-es Blechexpo kiállításon egy 30 kW-os fiber lézervágóval is találkozhattak a látogatók, nemcsak prototípusként, hanem rendelhető konfigurációként! De szükség van valóban erre a teljesítményszintre?
Vágjon bele!
Anyagjellemzők és vastagság: döntően ez a két szempont befolyásolja, hogy mit érdemes lézerrel, plazmával, vízzel, lánggal, esetleg lemezollóval vágni. Ez utóbbi egy meglehetősen egyszerű konstrukció, ezért az egyenes vonalú vágások esetében jól használható gép, de görbe vonalvezetés vagy vastagabb lemezek vágása esetén már nem alkalmazható. Írásunkban ezért inkább a plazma-, a víz-, a láng- és a lézervágás rövid összehasonlítására vállalkoztunk.
Ha a vágható anyagok jellemzőit és vastagságát nézzük, plazmával csak fémes anyagokat tudunk vágni, vékony lemezek esetében meglehetősen gyorsan és elfogadható minőségben, de alacsony pontosság mellett. A plazmagép beállítása viszonylag egyszerű, kopóalkatrészeknek az elektróda, a fúvóka és a pajzs számítanak. A sugár relatív vastag, ezért a művelet sok anyagkidobással jár, valamint sok utómegmunkálás (pl. sorjátlanítás) is szükséges. A kontúrok sokszor elnagyoltak, a sarkok pedig pontatlanok és lekerekítettek.
Vízzel ezzel szemben gyakorlatilag bármit vághatunk a kerámia, az edzett üveg vagy az ahhoz hasonló paraméterekkel rendelkező anyagok kivételével. Egy vízsugaras vágóberendezés számára nem jelent gondot többrétegű anyagok vágása sem, de ilyenkor a kezdést érdemes egy fúrógéppel elvégezni. Vízzel legalább olyan pontosan (maximum ±25 µ) tudunk megmunkálni, mint lézerrel, a felületminőség pedig csak kicsivel marad el a lézeres vágógépekkel elérhető minőségtől. Bár a vágási sebesség alacsony, a termelékenység adott esetben megnövelhető több, egymásra helyezett lemez egyidejű vágásával. A vízvágó bekerülési költsége magas, utólag pedig olyan költségekkel is számolnunk kell, mint a vízsugárhoz használt abrazív anyag, a vízmennyiség, valamint a nagynyomású alkatrészek cseréje jelentette ráfordítás.
A szerkezeti acél és a gyengén ötvözött acélok vágása lángvágással is hatékony és eredményes lehet. A lángvágó beruházási költsége alacsonyabb és az üzemeltetési költsége is kedvezőbb, de használata sok anyagkidobással jár, és az utómunkálatokat sem spórolhatjuk le. Kis lyukak és részletes formák nem alakíthatók ki vele, csak elnagyolt, durva alakzatok. A folyamat a legtöbbször kézzel irányított, ezért alacsony termelékenységű, és a fémet is fel kell melegíteni a megmunkálás előtt.
Lézerrel jellemzően nem tükröző fémes és nem fémes anyagokat vágunk, vékony lemezek esetében verhetetlen gyorsasággal. Bizonyos alkalmazásokban még van létjogosultsága a CO2-lézervágóknak, de több nagy gyártó – az elérhető nagyobb energiasűrűség és gyorsaság miatt – már olyannyira preferálja a fiber lézerforrásokat, hogy egyáltalán nem fejleszti a CO2-lézergépeket. A lézervágó fej közvetlenül nem érintkezik az anyag felületével, ezért kiváló vágási minőség érhető el gyorsan és hatékonyan. A magas beruházási költség miatt a lézeres vágás csak nagy gyártási darabszámok esetén kifizetődő. A rendkívül vékony sugár finom szerkezetek vágását is lehetővé teszi, alacsony anyagkidobás és nagy pontosság mellett. Utómunkára sokszor alig van szükség. A lézeres vágás a leggyorsabban fejlődő lemezmegmunkáló eljárásnak számít, nemzetközi szinten egyre inkább előtérbe kerülnek a 10+ kW teljesítményű lézerforrással felszerelt fiber gépek, amelyekkel a termelékenység a 3-4 kW-os berendezésekhez képest a többszörösére növelhető.
Fiber lézerek
A lemezmegmunkálás területén a termikus anyagelválasztási technológiák között változatlanul sikertörténetnek számít a lézeres vágás és azon belül is a fiber lézerek alkalmazása. Ez elsősorban univerzális felhasználhatóságuknak, a nagy anyagvastagság-átfogásnak, a precíz lézernyaláb-minőségnek, valamint a kiváló optoelektronikai hatásfoknak köszönhető. Ez utóbbi révén a fiber lézerek már évekkel ezelőtt átvették a vezető szerepet az előző generációt képviselő CO2-lézervágóktól. Sok fémmegmunkálással foglalkozó cégnél megtalálhatók a típustól függően vékony és vastag lemezt, csövet vagy akár zártszelvényt 0,03 mm-es pontossággal és nagy sebességgel vágó fiber lézervágó gépek. Alapanyag tekintetében a fémek – elsősorban a szénacél, a rozsdamentes acél és az alumínium – számítanak felhasználási területnek.
A HSG lézer és saját tapasztalatunk szerint rendkívül fontos, hogy minőségi lézerforrás kerüljön a vágógépbe, hiszen ez a berendezés legdrágább és legfontosabb fődarabja. A kínai gyártmányú források helyett erősen ajánljuk a világszerte abszolút piacvezető márkának számító IPG lézerforrást. Az IPG lézerforrások széles körben megtalálhatók nemcsak a HSG, hanem más, világszerte ismert, megbízható fiber lézervágó márkákban is.
Teljesítményfokozatok és felhasználhatóság
A lézervágó kiválasztásánál kulcsfontosságú a lézerforrás teljesítményének optimális megválasztása. A felhasznált alapanyagok és jellemző anyagvastagságok figyelembevétele mellett is célszerű a magasabb teljesítményt választani, mivel az adott teljesítményű lézerforrás hatékonysága az anyagvastagság növelésével párhuzamosan romlik, a felső határnál pedig már a vágott él minősége is kifogásolható.
Az egyes teljesítményszintekkel elérhető gyorsaság különböző anyagfajták és -vastagságok esetén (Forrás: HSG)
*Nitrogén segédgázzal
A belépő szintet képviselő 1 és 2 kW-os, jellemzően nyitott síkágyas lézervágókkal szénacél 10 mm-ig, rozsdamentes acél pedig kb. 4 mm vastagságig vágható még megfelelő minőség mellett – pl. ún. „szakáll” sorjaképződés nélkül. A kis költségvetésű gépeket a 3–6 kW-os berendezések követik, melyekkel vastag lemezek is vághatók, vékony lemez esetében pedig termelékenyebbek. A 6–12 kW-os kategóriánál viszont már új funkciók válnak elérhetővé, amiket szintén érdemes számításba venni:
· Vágás sűrített levegővel ipari oxigén- vagy nitrogéngáz nélkül. A nagy teljesítményű fiber lézervágóknál elérhető az air cut funkció, ami az önköltséget csökkenti. Ezzel elhagyható a jól ismert segédgázok adagolása, így jelentős költség takarítható meg. Az egyetlen kompromisszum a vágott él sötét elszíneződése. E funkcióhoz továbbá 30 bar vagy nagyobb teljesítményű kompresszor szükséges. A sűrített levegő használatának a másik előnye a vágás sebességének növelése (azonos alapanyag esetében a nitrogén segédgázhoz képest 5%-os sebességnövekedés egy azonos teljesítményű géphez képest).
· Vastaglemez-vágás. A nagy teljesítményű fiber lézerek már nemcsak a vékony lemezek, hanem a plazmavágók világában is hódítanak, hiszen akár 30–50 mm-es anyagvastagság is vágható velük. A Blechexpo kiállításon egy 100 mm vastag rozsdamentes acél mintát vágtak egy Eagle márkájú 30 kW-os fiber lézerrel. A nagy teljesítményű lézerekkel tehát már nem kell kompromisszumot kötni az anyagvastagság terén, ráadásul gazdaságosabb használat és nagyobb sebesség érhető el velük.
Következtetés
Megdőlni látszik tehát az a szabály, hogy a fiber lézervágók elsősorban vékony lemezek produktív és precíz vágására alkalmasak. Ez változatlanul igaz, de ma már számtalan alapanyag (fémek) és anyagvastagság esetében használhatók kiváló optoelektronikai hatásfok és sebesség, valamint relatív alacsony önköltség mellett. A nagy teljesítményű lézergépek nem csak a vastag lemezek vágásánál előnyösek, de adott anyagvastagságot tekintve a sebesség növekedése is jelentős, továbbá a nagy teljesítményű lézereknél a levegővel vágás is alkalmazható, ami a költségeket csökkenti.
Szabó Zsombor, a HSG lézer hazai forgalmazója, a Signdepot Europe Kft. tulajdonosa
