Будущее технологии лазерной резки листового металла
Лазерная резка также изменилась за последние несколько десятилетий. Сначала были CO2 лазеры. Они господствовали в течение нескольких десятилетий, пока новичок не появился на сцене в виде волоконных лазеров.
Как CO2-лазеры, так и волоконные лазеры имеют свои преимущества и недостатки - CO2 часто рассматривают как универсальный лазер, но иногда ему не хватает скорости, в то время как волокно, как правило, быстрее, но все же сталкивается с барьером при резке более толстых материалов. Лишь в последнее время в промышленности волоконные лазеры начинают улавливать CO2 с точки зрения толщины материала (см. Нашу статью от марта 2014 года «Следующий скачок в лазерной резке волокна»).
И теперь OEM-производители работают над следующим поколением систем лазерной резки с использованием нового типа лазера, называемого лазером с прямым диодом. Однако в настоящее время доступен только один лазер с прямым диодом, который действительно способен резать сталь. В настоящее время большинство диодных лазерных систем используются в таких операциях, как термообработка и облицовка.
Согласно Coherent, HighLight 10000D, входящий в линейку прямых диодных лазерных источников Highlight D-Series, обеспечивает мощность прямого диода до 10 кВт при длине волны 975 нм.
На вопрос о том, что именно представляют собой диодные лазеры, Фрэнк Геблер, старший менеджер по маркетингу продуктов для CO2-лазеров в Coherent, Inc., говорит: «Вероятно, у вас есть один сидящий в нескольких футах от вас сейчас, если у вас есть компьютер с CD, DVD или Blu-Ray проигрывателем.
«Это полупроводниковое устройство, которое при правильных условиях излучает лазерный свет, а не некогерентный свет, как это было бы у светодиода, а это значит, что его можно сфокусировать в гораздо более узком месте».
Далее Геблер говорит, что суть в том, что прямые диодные лазеры очень электрически эффективны.
«За количество электричества, которое вы вводите, вы получаете изрядное количество оптической силы», - уточняет он. «Это в отличие от большинства других типов лазеров, в которых эффективность преобразования может достигать лишь нескольких процентов - вы затрачиваете много энергии и получаете довольно мало света».
Этот корпус был сварен с использованием прямого диодного лазера.
Трейси Рыба, менеджер по продукции для лазеров в TRUMPF North America, объясняет, что отличает диодные лазеры от других.
«Независимо от того, о какой лазерной технологии вы говорите, они имеют три одинаковых компонента: активную среду, возбуждение и оптический резонатор», - говорит он. «Как правило, за последние 10 лет диоды использовались для накачки волоконного или дискового лазера, но, поскольку технология изменилась, мы увидели взрыв диодной технологии в качестве луча или яркости диода. Это значительно улучшилось, так что теперь мы можем взять эти диоды накачки и соединить их прямо в волокна. Таким образом, вы больше не будете активно качать среду.
«С помощью CO2 вы используете электричество для перекачки газа; с волокном и диском, вы используете диоды для накачки; и теперь мы можем фактически взять тот диод, который накачал эти среды, взять сам диодный свет, и объединить его непосредственно в волокно и доставить его к заготовке. Это действительно то, что эволюция диодной технологии была в течение последних пяти или семи лет; это изменило ландшафт ». Другими словами, прямые диодные лазеры отключают посредников, и, таким образом, они предлагают гораздо более высокие показатели эффективности.
«Если вы посмотрите на CO2-лазеры, они предлагают эффективность 10-процентной розетки», - говорит Рыба. «Волоконные и дисковые лазеры обеспечивают эффективную энергию горения на 30%, в то время как диодные лазеры в настоящее время эффективны на 40%, а в ближайшие годы, вероятно, приблизятся к 50%. С помощью диодных лазеров вы в основном удаляете части лазера, и вы на самом деле просто используете часть накачки, так что это становится очень эффективным процессом ».
Наряду с повышением эффективности розетки, Геблер также отмечает, что диодные лазеры генерируют меньше тепла. «В отличие от этого, с CO2-лазерами, вам нужно иметь воду и охлаждение, а охлаждающие устройства больше и сложнее, чем сам лазер, потому что вы должны отводить все это тепло - то тепло волны, которое вырабатывается из-за неэффективности преобразование из электричества в свет ».
Согласно TRUMPF, TruDiode 6006 обеспечивает мощность 6000 Вт на длине волны 920-1040 нм и предназначена для лазерной пайки, сварки с глубоким проникновением, теплопроводной сварки и лазерной сварки пластмасс.
В настоящее время основными применениями прямых диодных лазеров являются термообработка и наплавка, и для обоих этих процессов прямые диодные лазеры чрезвычайно полезны. Учитывая их уникальные свойства, они позволяют пользователям выборочно нагревать любой материал, с которым они работают.
Геблер приводит пример для термообработки. «С помощью этого лазерного луча вы можете нагреть зуб шестерни, острие инструмента или что-то подобное, и он нагревает только те первые несколько микрон, особенно потому, что он поглощается относительно хорошо. Вы не искажаете деталь, а другая вещь заключается в том, что, поскольку вы нагреваете ее так избирательно, как только вы выключаете лазер, воздух обычно гасит его. Обычно вы не требуете какого-либо активного гашения. Вы устранили все эти дополнительные шаги. Он взрывается лазером, он затвердевает именно в том месте, которое вы хотите, и ничего больше, и бум, все готово. Как правило, минимальная или не требуется постобработка. Это огромное преимущество ».
Учитывая все преимущества диодных лазеров, можно задаться вопросом, почему они еще не используются для резки листового металла. Ответ заключается в том, что почти во всех случаях прямые диодные лазеры не способны обеспечить яркость, необходимую для операций резки.
«Все работают над этим как конечной целью. Не только TRUMPF, но и все компании », - говорит Рыба. «Мы уже можем сделать это в лабораторной среде, так что теперь это просто вывод на промышленный уровень. Технология улучшена в получении более высокой яркости из диодов. Эта технология меняется каждый год, и по мере ее развития мы будем выводить ее на рынок ».
Рыба предсказывает, что в рабочих цехах появятся лазеры с прямым диодом, способные резать сталь на рынке в течение следующих пяти лет. Это может произойти даже намного раньше, но, в любом случае, следующие несколько лет будут очень интересными для технологии лазерной резки, и ландшафт собирается революционизироваться.
