Perfektionierung der Faserlaser-Schnittkante

Sie können die Schnittkante eines Faserlaserblanks verbessern, indem Sie die Hilfsgase optimieren und die Vorteile aktualisierter Düsentechnologien nutzen.

Einst eine neue und unbekannte Technologie in der Blechbearbeitungsindustrie, gelten Faserlaser heute als bewährte und zuverlässige Methode für Stanzvorgänge.

Ein Vorteil der Verwendung von Faserlasern zum Stanzen ist die saubere, oxidfreie Kante, die Sie mit einem Stickstoff-Hilfsgas erzielen können. Das Fehlen von Oxidation verbessert nachgelagerte Prozesse wie Pulverbeschichten und Schweißen, da eine bessere Haftung und Schweißbarkeit erreicht werden kann.

Sie können die Schnittkante eines Faserlaser-Blankings verbessern, indem Sie die Hilfsgase und Düsentechnologien optimieren.

Der Reinheitsgrad des Stickstoffs spielt eine große Rolle für die Kanten- und Teilequalität. Wenn Sie wissen, was Sie von den Reinheitsgraden erwarten können, können Sie die gewünschte Teilequalität und andere Endziele wie die Haftung der Pulverbeschichtung oder die Schweißbarkeit erreichen. Wenn eine glänzende Silberoberfläche für Branchen wie Medizin- und Lebensmittelgeräte gewünscht wird, müsste der Reinheitsgrad 99,9 Prozent betragen (sieheAbbildung 1).

Wenn der Markt, den Sie beliefern, landwirtschaftliche Geräte sind und Ihr Hauptaugenmerk auf der Haftung von Pulverbeschichtungen und den Teilen pro Tag liegt, kann ein niedrigerer Stickstoffreinheitsgrad, z. B. 98 oder 99 Prozent, die erforderlichen Ergebnisse erzielen. Bei der Dimensionierung Ihres Stickstoffgenerators ist es wichtig, im Voraus zu wissen, welches Niveau erforderlich ist, um im Nachhinein Enttäuschungen bei der Kantenqualität oder der Maschinenleistung zu vermeiden.

Unabhängig davon, ob ein Faserlaser Ihre erste Laserschneidmaschine ist oder Sie von einer CO2-Lasermaschine umgestiegen sind, wird Ihr Hilfsgasverbrauch, insbesondere Stickstoff, höher sein. Dieser erhöhte Stickstoffverbrauch wird durch mehrere Faktoren verursacht.

Da die Fasertechnologie weitaus höhere Wattleistungen als CO2-Laserschneidmaschinen zur Verfügung stellt, können Sie jetzt Materialien bearbeiten, die zuvor mit Sauerstoff geschnitten werden mussten. Ihr CO2-Laser war möglicherweise auf das Schneiden von Weichstahl mit Stickstoffunterstützungsgas mit einer Dicke von 3/16 Zoll oder 7-Gauge-Material beschränkt. Mit der höheren Wattleistung eines Faserlasers kann der Bereich der Stickstoffverarbeitung von Weichstahl auf 3/8 Zoll oder sogar ½ Zoll Dicke erweitert werden.

Da der Bearbeitungsbereich von Faserlasern breiter ist, ist auch der Stickstoffgasverbrauch höher. Die Möglichkeit, dickeres Material mit Stickstoff zu schneiden, erhöht natürlich Ihren Stickstoffverbrauch, da höhere Durchflussraten erforderlich sind.

Beispielsweise könnte ein 4-Kilowatt-CO2-Laser 1.700 Standardkubikfuß pro Stunde (SCFH) verbraucht haben, um eine Dicke von 3/16 Zoll oder 7 GA zu schneiden. Baustahl. Durch das Schneiden von 3/8 Zoll dickem Material verdoppelt sich der Gasverbrauch auf 3.400 SCFH.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, diesem erhöhten Stickstoffbedarf entgegenzuwirken: Gasmischung, Düsentechnologien und Systeme zur Stickstofferzeugung. All dies kann auch dazu beitragen, die Kantenqualität zu verbessern.

Abbildung 1Je höher die Reinheit des Stickstoffgases ist, desto heller ist das Finish.

Gasmischung. Mit Mischsystemen können Sie regulierte Mengen Sauerstoff in Ihren Schneidprozess einbringen und so den Stickstoffverbrauch reduzieren. Dies führt tatsächlich auch bei vielen Materialien zu einer besseren Kantenqualität und höheren Vorschubgeschwindigkeiten.

Sobald Sie Ihr Stickstoffversorgungssystem festgelegt haben, können Sie zur Verbesserung der Kantenqualität den Einbau eines Gasmischers in Betracht ziehen. Das Zusatzgerät ist kostengünstig, hat einen geringen Platzbedarf und kann zu fast jedem Faserlaser hinzugefügt werden.

Wenn Sie jemals Aluminium mit Stickstoff-Hilfsgas laserschneiden mussten, sind Sie Zeuge der Grat- und Schlackenbildung, die dabei oft entstehen. Indem Sie Ihrer Anlage einen Gasmischer hinzufügen, können Sie geringe Sauerstoffanteile in Ihren Schneidprozess einbringen, um diese Grate zu reduzieren oder zu beseitigen. Der Gasmischer wird sowohl an die Stickstoff- als auch an die Sauerstoffversorgungsleitung angeschlossen und je nach Anwendung können unterschiedliche Reinheitsgrade ausgewählt werden.

Auch beim Schneiden von Baustahl bietet die Gasmischung Vorteile. Dies geschieht auf die gleiche Weise durch Zugabe kleiner Mengen Sauerstoff in den Schnitt. Dies führt zu einer besseren Kantenqualität, höheren Vorschubgeschwindigkeiten und einem geringeren Stickstoffverbrauch.

Gasmischanwendungen werden oft mit einigen der neuesten Düsentechnologien kombiniert, die es Ihnen ermöglichen, mit viel niedrigeren Gasdrücken und Durchflussraten zu schneiden. Reduzierte Drücke können auch Ihre Kosten pro Teil senken.

Laser- und Schneidkopftechnologien. Verschiedene Düsentechnologien wurden weiterentwickelt, um den Stickstoffverbrauch zu reduzieren und sogar die Kantenqualität zu verbessern. Bei einigen Faserlasermaschinen können Sie Strahlmodusänderungen und automatische Kollimationsfunktionen anwenden (sieheFigur 2 ). Faserlaser verfügen über einen Strahlmodus mit einer sehr hohen Punktdichte. Dieser als Tem00-Modus bekannte Modus eignet sich hervorragend für das Hochgeschwindigkeitsschneiden von dicken Materialien.

Das Schneiden dicker Platten erfordert eine größere Schnittfuge, damit mehr Material entfernt werden kann. Ein optimaler Modus für diese Anwendung wäre ein Tem01. Wenn Sie sich für einen Laser entscheiden, der diese Moduswechsel automatisch durchführen kann, können Sie die Kantenqualität bei allen Materialien, die Sie schneiden, verbessern. Sie können die Schnittkantenqualität noch weiter verbessern, indem Sie die Schärfentiefe und den Strahldurchmesser mit einer automatischen Kollimationsfunktion ändern.

Stickstofferzeugungssysteme. Diese Systeme senken die Kosten für Stickstoff und machen Gaslieferverträge überflüssig. Durch den Kauf Ihres eigenen Stickstofferzeugungssystems können Sie von der Abschreibung von Investitionsgütern profitieren und so Ihre Kapitalrendite beschleunigen.

Wie entsteht also Stickstoff? Dies geschieht durch die Zerlegung der Luft in Stickstoff, Sauerstoff, Argon und andere Gase. Es mag Sie überraschen, dass die Luft, die wir atmen, zu 78 Prozent aus Stickstoff, 21 Prozent Sauerstoff, 0,9 Prozent Argon und Spuren von CO2 und anderen Gasen besteht.

Wann sollten Sie erzeugten Stickstoff in Betracht ziehen? Dies ist immer eine gute Option, insbesondere wenn Sie in mehreren Schichten oder mit mehreren Lasern arbeiten oder wenn Ihr Produktmaterialmix Stickstoffschnittbedingungen erfordert.

Figur 2Die Verwendung des optimalen Strahlmodus für das Material verbessert die Schnittqualität.

Üblicherweise werden drei Arten von Trennsystemen verwendet: Membranen, Druckwechseladsorption und kryogene fraktionierte Destillation flüssiger Luft (Bulk-Stickstoffsysteme).

1. Das Membransystem besteht aus Hohlfasermembranen, mit denen ein mechanischer Prozess zur Lufttrennung erzeugt wird. Dies wird durch die Molekülgrößenvarianz der Stickstoff- und Sauerstoffmoleküle erreicht. Das Membranpolymer ist so konzipiert, dass die sich schnell bewegenden Wasserdampf- und Sauerstoffmoleküle durch die Membran diffundieren und den Stickstoff als Produktgas einfangen können (sieheFigur 3 ). Diese Systeme sind für eine Abgabe von 205 Pfund pro Quadratzoll (PSI) ausgelegt und werden für Materialien mit geringer Dicke empfohlen. Sie zeichnen sich durch eine einfache Installation und einen geringen Platzbedarf aus. Diese Systeme werden häufig eins zu eins mit der Kernlasermaschine verwendet.

2. Wenn höhere Förderdrücke und Durchflussraten erforderlich sind, als ein Membransystem erzeugen kann, wird ein Druckwechseladsorptionssystem empfohlen. Diese Art von System empfiehlt sich auch für mehrere Maschinen oder wenn eine zukünftige Erweiterung gewünscht ist. Ein Druckwechseladsorptionssystem verwendet ein Kohlenstoffmolekularsieb als Methode zur Adsorption der Sauerstoffmoleküle und zur Bereitstellung des gewünschten Stickstoffhilfsgases. Das System kann viel höhere Gasdrücke sowie höhere SCFH-Durchflussraten liefern. Es kann auch einen höheren Reinheitsgrad des Stickstoffs erzeugen.

3. Bei der kryogenen fraktionierten Destillation flüssiger Luft werden die Gase aus der Luft durch Abkühlen bis zur Verflüssigung abgetrennt. Hierbei handelt es sich um Großtanksysteme, die häufig zur Bereitstellung von Hilfsgasen für den Laser verwendet werden. Sie können einen hohen Reinheitsgrad liefern, sind jedoch energieintensiv.

Die hausinterne Erzeugung Ihres eigenen Stickstoffs dürfte Ihre Kapitalrendite beschleunigen. In den meisten Fällen kann ein ROI in weniger als zwei Jahren erreicht werden. In Betrieben mit Mehrschichtbetrieb oder beim Einsatz mehrerer Maschinen erfolgt die Amortisation sogar noch schneller. Sobald der ROI erreicht ist, werden sich langfristige Einsparungen ansammeln, die auf den Wegfall der monatlichen Gebühren für die Massengaslieferung, der Ausrüstungsmietgebühren und des Verdunstungsverlusts zurückzuführen sind.

Die Bewertung einer neuen Großinvestition wie eines Faserlasers kann eine langwierige und überwältigende Erfahrung sein. Oftmals werden nur Vorschubgeschwindigkeiten oder Nennleistungen geprüft, aber wenn andere Aspekte berücksichtigt werden, lässt sich der wahre Kostenvoranschlag am besten erkennen.

Wenn Sie von der CO2-Lasertechnologie auf die Faserlasertechnologie umgestiegen sind, haben Sie wahrscheinlich bereits Vorteile erlebt. Am auffälligsten ist vielleicht das Fehlen der Optik, wodurch das Reinigen, Ausrichten und Ersetzen der Optik der Vergangenheit angehört.

Darüber hinaus reduzieren die Einsparungen beim Stromverbrauch durch die Festkörperstrahlerzeugung Ihre Betriebskosten pro Stunde.

Da das Materialverarbeitungsspektrum um Kupfer, Messing, Titan, dickeres Aluminium und Edelstahl erweitert wird, können Sie Ihren Kundenstamm erweitern oder auf alternative Schneid- und Stanzgeräte verzichten, die früher zum Stanzen dieser Materialien erforderlich waren.

Alle diese Kostenvorteile können die höheren Kosten eines höheren Stickstoffgasverbrauchs ausgleichen.

Figur 3Das Membranpolymer ermöglicht, dass sich schnell bewegende Wasserdampf- und Sauerstoffmoleküle durch die Membran diffundieren und den Stickstoff als Produktgas einfangen.