Kompakte Laserköpfe treiben die industrielle Laserbearbeitung voran

Globale Trends zur Reduzierung des CO2-Fußabdrucks und der Betriebskosten sowie der Vorstoß nach hochpräzisen Bearbeitungswerkzeugen haben zu einer steigenden Nachfrage nach kompakten Lasersystemen geführt, die in Bearbeitungsanlagen und Produktionslinien implementiert werden können.

Anfang dieses Jahres hat Opt Lasers den weltweit ersten kompakten Drei-Laser-Dioden-Laserkopf für CNC-Maschinen auf den Markt gebracht, nämlich PLH3D-15W, während die nächste Veröffentlichung von Opt Lasers, ein kompakter Sechs-Laser-Dioden-Laser, PLH3D-30W, auf ihn wartet Markteinführung im Juni. Die Laserköpfe PLH3D-15W und PLH3D-30W wurden als Folgeproduktlinien im Anschluss an die kompakte PLH3D-6W-Serie von Opt Lasers Grav entwickelt. Die durch das Design dieser Produkte eingeführte Innovation wurde in Form eines EU-Zuschusses für die Umsetzung dieser Lösungen gewürdigt. Diese innovativen Produkte ebnen den Weg in eine nachhaltigere Zukunft, da zunehmende Anwendungen vielseitige, aber dennoch kompakte und energieeffiziente Lösungen erfordern. Die Laserköpfe PLH3D-15W und PLH3D-30W emittieren Licht mit 445 nm, das von vielen Materialien, die lasergeschnitten oder graviert werden, effizienter absorbiert wird als IR- oder CO2-Laserstrahlen. Dies führt zu einem geringeren Stromverbrauch für die Laserbearbeitung des gewünschten Materials, der um ein Vielfaches niedriger ist als der Stromverbrauch eines entsprechenden CO2-Lasers.

System mit geringem Stromverbrauch

Ein großer Vorteil der 30-W- und 15-W-Lasersysteme von Opt Lasers liegt in ihrem geringen Stromverbrauch und der fehlenden Notwendigkeit einer Hochspannungsstromversorgung. PLH3D-15W und PLH3D-30W erreichen eine Leistungsaufnahme von 52,1 W bzw. 104 W und können mit Tischnetzteilen betrieben werden. Ihre maximale Leistungsaufnahme beträgt <85 W bzw. <180 W. Im Gegensatz dazu liegt das Umwandlungsverhältnis von elektrischer zu optischer Leistung bei CO2-Röhrenlasern bei etwa 7,5 %. Somit verbraucht eine CO2-Röhre mit optischer Leistung von 30 W etwa 400 Watt elektrische Leistung.

Entwickelt, um den Bedingungen industrieller Verarbeitungsanlagen standzuhalten

Die Stabilität des Innendesigns ist entscheidend für die Leistung des Lasersystems. Für die industrielle Verarbeitung ist ein System erforderlich, das anstrengenden Hämmerbewegungen und Maschinenvibrationen standhält. Die Systemdesigns der 15-W- und 30-W-Laserköpfe von Opt Lasers wurden so konzipiert, dass sie den für industrielle Verarbeitungsanlagen und CNC-Maschinen typischen Hämmerbewegungen und Schwingungen standhalten. Dies wird durch stabile Laserdiodengehäuse und Spiegelhalterungen erreicht. Die durch den Entwurf eingeführte Innovation führte dazu, dass ein EU-Zuschuss für die Umsetzung dieser Lösung erhalten wurde.

Hohe Präzision und Absorption

Bisher wurden in der industriellen Laserbearbeitung typischerweise sperrige und schwere YAG-Festkörperlasermodule eingesetzt, die normalerweise auf Nd:YAG- oder Yb:YAG-Kristallen basieren. Neodym- oder Ytterbium-YAG-Laser sind in der Regel gepulste Laser, die im IR-Bereich bei 1064 nm bzw. 1030 nm lasern und daher bei vielen Arten von Materialien unter einer geringen Leistungsabsorption leiden. CO2-Laser weisen typischerweise eine noch geringere Leistungsaufnahme und damit eine geringere Verarbeitungseffizienz auf. Die Leistungsabsorption auf Kupfer kann bei einem IR-Laser bis zu 5 % betragen, während CO2-Laser sie überhaupt nicht verarbeiten können, da die Absorption eines CO2-Lasers auf Kupfer weniger als 1 % beträgt. Darüber hinaus erzielen IR-Laser bei der Holzgravur schlechte Graustufen.

Umgekehrt erfährt der Laserstrahl, der von blauen Lasermodulen auf Basis von 445-nm-Nichia-Laserdioden wie PLH3D-15W und PLH3D-30W emittiert wird, eine viel bessere Absorption auf vielen häufig verarbeiteten Materialien. Ein höherer Absorptionskoeffizient führt zu einem höheren möglichen Durchsatz und ermöglicht die Verarbeitung eines bestimmten Materials mit höherer Präzision und geringerem Stromverbrauch. Für Metalle betragen die Absorptionskoeffizienten: 445 nm – 65 %, IR YAG – 5 %, CO2 – <1 % für Kupfer; 445 nm – 45 %, IR YAG – 35 %, CO2 – <3 % für Edelstahl; 445 nm – 85 %, IR YAG – 70 %, CO2 – 6 % für Titan. Es ist jedoch zu beachten, dass nur PLH3D-30W zum Mikroschweißen oder Gravieren von Kupfer geeignet ist, da PLH3D-15W aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit von Kupfer für diese spezielle Aufgabe eine zu geringe optische Leistung aufweist.

PLH3D-15W und PLH3D-30W sind kompakte Multidiodenlasersysteme, die entsprechend 3 bzw. 6 nachhaltig genutzte 445-nm-Laserdioden nutzen und damit die ersten ihrer Art weltweit sind. Diese Module bestehen aus langlebigen Komponenten in Industriequalität, einschließlich 3D-gedruckter Luftkammern.

Die Laserstrahlen von PLH3D-15W und PLH3D-30W werden auf einen Strahlfleck von etwa 0,18 mm x 0,003 mm fokussiert, was zu hohen Leistungsdichten von über 1,5 MW/cm bzw. über 3 MW/cm2 führt. Im Vergleich dazu erreicht ein CO2-Laser mit 30 W optischer Leistung eine Leistungsdichte von 0,430 MW/cm2.

Hochskalierbares Design

Die 15-W- und 30-W-Laser von Opt Lasers können auf praktisch jeder CNC-Maschine installiert oder in größere Systeme integriert werden. Aufgrund der geringeren Wellenlänge des emittierten Lichts können diese Module im Gegensatz zu Infrarot-YAG- oder CO2-Lasern, für die Wasser nicht transparent ist, auch unter Wasser betrieben werden. Im Gegensatz zu YAG- und CO2-Lasern erfordern die 15-W- und 30-W-Laserköpfe von Opt Lasers keine ständige Kalibrierung oder ein ausgeklügeltes Kühlsystem.

PLH3D-15W und PLH3D-30W eignen sich besonders für den Einsatz in universellen Multitool-Universalmaschinen und Produktionslinien. Das geringe Gewicht und die relativ geringe Größe führen zu einer hohen Skalierbarkeit, da sie die Installation mehrerer Einheiten auf einer einzigen Maschine zu geringeren Gesamtkosten ermöglichen, um den gewünschten Effekt zu erzielen.

Darüber hinaus können PLH3D-15W und PLH3D-30W mit demselben Signal gesteuert werden, das eine Spindel steuert, wobei es sich um ein 5-V- oder 10-V-Analogsignal oder ein 0-24-V-PWM/TTL-Signal handeln kann. Da die Treiber außerdem in die Lasermodule integriert sind, können sie mit hohen Modulationsfrequenzen über 30 kHz betrieben werden. Im Vergleich dazu können CO2-Laser nur eine Modulationsfrequenz von 5 kHz verwenden, während YAG-Laser mit einer Modulationsfrequenz von etwa 25 kHz betrieben werden können. Die hohe Modulationsfrequenz der PLH3D-15W und PLH3D-30W ermöglicht das Schneiden und Gravieren kleiner, präziser Merkmale mit hoher Geschwindigkeit. Niedrigere Modulationsgeschwindigkeiten von CO2- und YAG-Lasern führen dazu, dass sie den Laser nicht schnell genug ein- und ausschalten können und daher bestimmte Merkmale nicht verarbeiten können. Die in PLH3D-15W und PLH3D-30W integrierten Controller zeichnen sich außerdem durch ihren hohen IP-Code bzw. Ingress Protection Code von IP62 aus, was bedeutet, dass sie gut gegen mechanische Beschädigungen, Staub und Wassertropfen geschützt sind. Die verwendeten Controller verfügen außerdem über ein eingebautes Thermoschutzsystem, das Laserdioden vor Überhitzung schützt.

Anwendungen

PLH3D-15W und PLH3D-30W können in nahezu jede CNC-Maschine integriert werden, um eine Vielzahl von Materialien zu verarbeiten. Allerdings ist PLH3D-15W besser für die Bearbeitung von Holz geeignet, während PLH3D-30W auch zum Mikroschweißen und Gravieren von Kupfer verwendet werden kann. Im Allgemeinen können diese Laserköpfe Materialien wie Leder, Textilien, Holz und Kunststoffe schneiden oder gravieren. Sie können auch Edelstahl, Baustahl, Werkzeugstahl und Titan gravieren. Beispielsweise kann der PLH3D-15W typischerweise 1,3 mm dickes Leder in einem einzigen Durchgang mit 21 mm/s schneiden, was dem Schneiden von 0,9 km (0,55 Meilen) Leder in 12 Stunden entspricht. Das gleiche Material kann mit PLH3D-30W mit 42 mm/s geschnitten werden, was dann dem Schneiden von 1,8 km (0,55 Meilen) Leder in 12 Stunden entspricht. Allerdings ist es in der Regel vorteilhaft, das zu verarbeitende Material in mehreren Durchgängen mit höherer Geschwindigkeit zu schneiden, während die Gesamtverarbeitungsgeschwindigkeit in etwa gleich bleibt.

Diese Technologie wurde im Rahmen eines EU-finanzierten Forschungsprojekts Nr. POIR.01.01.01-00-0988/18-00 entwickelt, nämlich „Entwicklung einer innovativen Multidioden-Schneidegravurkopftechnologie unter Anwendung von Laserdioden mit einer Wellenlänge von 450 nm“.

Überprüfung von Messgeräten und Geräten anhand eines Mastersatzes, um sicherzustellen, dass sie im Laufe der Zeit formstabil und nominell genau bleiben.

Mikroprozessorbasierte Steuerung für eine Werkzeugmaschine, die die Erstellung oder Änderung von Teilen ermöglicht. Eine programmierte numerische Steuerung aktiviert die Servos und Spindelantriebe der Maschine und steuert die verschiedenen Bearbeitungsvorgänge. Siehe DNC, direkte numerische Steuerung; NC, numerische Steuerung.

Opt Lasers wurde 2014 gegründet und ist eine Marke von Tomorrow's System Sp. z o.o. z oo und ein führender Anbieter von kompakten Gravier- und Schneidlaserköpfen für die Märkte CNC-Maschinen und 3D-Drucker. Opt Lasers mit Hauptsitz etwas außerhalb von Warschau, Polen, ist ein angesehener europäischer Hersteller hochwertiger optischer und elektronischer Geräte. Das Portfolio von Opt Lasers umfasst Laserköpfe in Industriequalität zum Gravieren und Schneiden, Standard- und kundenspezifische Lasermodule, Laserdiodentreiber und Temperaturregler. Es handelt sich um einen OEM-Hersteller mit umfassenden Möglichkeiten zur Lasercharakterisierung. Der Hauptsitz von Opt Lasers umfasst Forschungs- und Entwicklungseinrichtungen für Elektronik und Laser, eine Maschinenwerkstatt mit umfassendem Serviceangebot und einen gut ausgestatteten Bestand an Komponenten. Opt Lasers arbeitet mit einer Vielzahl von Industriekunden zusammen, um OEM-Lasermodule für die Integration in größere Systeme im großen Maßstab für eine Vielzahl von Anwendungen bereitzustellen. Opt Lasers bietet auch eine hervorragende Auswahl an Laserdioden. Weitere Informationen finden Sie unter Optlasersgrav.com und Optlasers.com.