Fiber vagy széndioxid lézer?

Oldalunkon sokszor mutattunk már be ipari lézergépeket a szakma legkülönfélébb területeiről, fiber és CO2 lézereket egyaránt. Végigvettük az egyes gépek teljesítmény mutatóit, sebességét, produktivitását, az elérhető kiegészítőket. Hol nagyvonalakban, hol részletesebben, de mindig körültekintően vettük sorra jellemzőiket. Sokszor az egyes gépgyártók képviselői kameránk előtt is bemutatták termékeiket, különösen nagy hangsúlyt helyezve az adott termék pozitívumaira. Vegyük végig, mit érdemes szem előtt tartani, illetve végiggondolni, ha fiber vagy CO2 lézergépre akarunk beruházni!

LASER_cikkbe_1

Tekintsük át először a két lézertípus működési elvét. A CO2 lézer folytonos gázlézer. A lézergépben található a rezonátor, melyben a közeg jellemzően nitrogén, széndioxid, hélium és hidrogén található. Ezt a közeget nagyfeszültségű árammal gerjesztve, a jelenlévő nitrogén segítségével lézerfény keletkezik. A közegből féligáteresztő tükrön keresztül lép ki a keletkezett nyaláb. A vágás helyére speciális tükrök és lencsék vezetik a nyalábot. A lézerfény keletkezése során hő keletkezik, ezért a rezonátor és a közeg hűtéséről, valamint a “fáradt” aktív közeg cseréjéről folyamatosan gondoskodni kell. A CO2 lézerrel előállított lézerfény hullámhossza körülbelül 10 mikrométer. Ez a lézertípus manapság a legelterjedtebb az iparban.

A fiber lézerek a szilárdtestlézerek közé tartoznak. A gerjesztést itt nem nagyfeszültségű árammal, hanem diódák által kibocsátott fénnyel végzik, amit optikai pumpálásnak is neveznek. A fiber lézerek felépítése nem igényel sugárkamrákat, érzékeny tükröket és lencserendszereket, mivel a nyalábot optikai szálon vezetik a vágás helyére, így a karbantartási költségek között is jelentős különbségek jelentkezhetnek a CO2 lézergépekkel összehasonlítva. Egy 2.5 kW-os fiber lézer által létrehozott sugár energiasűrűsége a fókuszpontban akár ötszöröse is lehet egy 4 kW-os CO2 lézerének. A fiber lézerek által létrehozott lézernyaláb hullámhossza 1 mikrométer, tehát egy nagyságrenddel kisebb, mint a CO2 gépeken előállított sugár esetében. Miért olyan fontos a lézernyaláb hullámhossza? Ez az a paraméter ami jelentősen befolyásolja a lézernyaláb abszorpcióját, elnyelődését, tehát azt, hogy mennyire képes a vágandó anyag elnyelni a lézernyaláb energiáját. A munkadarab anyagától függ, hogy melyik lézerrel lehet hatékonyabban elvégezni – ha egyáltalán el lehet végezni – a vágást, hiszen egy anyag más-más hullámhossztartományban más-más elnyelési, visszaverési tulajdonságokkal bír!  A másik ilyen fontos paraméter a nyaláb belépési szöge.

Sebesség

Az elérhető vágási sebességek terén egyértelműen a fiber lézereké az elsőbbség, persze csak akkor, ha vékony lemezekről van szó. Álljon itt egy videós példa, mely a TRUMPF CO2 és fiber lézergépeit hasonlítja össze.

Vágható anyagok

Elsősorban a vágni kívánt anyag minőségén és vastagságán múlik, melyiket érdemes alkalmazni, hiszen a lézernyaláb elnyelésének aránya jelentősen befolyásolja a vágás hatékonyságát. Kisebb anyagvastagság mellett a fiber lézer a kifejezetten hatékony megoldás, ha nagyobb rugalmasságra van szükség az anyagvastagság és anyagminőség területén, akkor a CO2 lézerek a megfelelő választás.

Melyiket érdemes alkalmazni? A fiber lézerek először tették lehetővé a nagy fényvisszaverési tulajdonságú anyagok, mint a bronz, réz, alumínium és a galvanizált acél hatékony vágását is. Ezeket CO2 lézerrel nem lehetett, hiszen a visszaverődés mértéke miatt már a gép belső tere is komoly sérüléseket szenvedhetett el. A széndioxid lézerek alkalmasak akár fa és akrilát műanyagok vágására is, míg ez nem mondható el a fiberekről.

Vágható vastagságok, vágási minőség

Azért egy pillanatra se gondoljuk, hogy temetni akarjuk a CO2 lézereket, sőt! Annak ellenére, hogy egyre több gyártó jelentkezik akár 20 mm-es lemezvastagságot átvágó fiber lézerrel, a széndioxid lézerek jellemzően sokkal szebb és jobb munkát végeznek vastag alapanyagon, mint a fiberek. Nem mellékes tény az sem, hogy a fiber lézerek sebességelőnye 5-8 mm felett már nem számottevő. A vágás minősége vastagabb alapanyag esetén pedig határozottan jobb CO2 lézerrel vágva.

LASER_cikkbe_2

Biztonság

A biztonság a fiber lézerek egyik legfontosabb kulcskérdése. Mivel a lézernyaláb hullámhossza 1 mikrométer – szemben a széndioxidlézerek 10 mikrométeres hullámhosszával – már komoly, maradandó sérüléseket okozhatnak az emberi szemben. Ezért látható sötétített, zöldes árnyalatú üveg a fiber lézergépek oldalán. A legtöbb esetben ezek az ablakok kisebb méretűek, mint a széndioxidlézereknél megszokottak, mivel nagyon nagy költséget jelentenek.

A fiber lézer előnyei:
gyorsaság – kis anyagvastagság mellett jelentősen gyorsabb a CO2 lézereknél, mivel az anyag gyorsan képes elnyelni a lézernyaláb energiáját.
magas minőség – jellemzően 5 mm-ig
rugalmasság – kis rugalmasságú, hiszen csak kis anyagvastagságok mellett előnyös alkalmazni
munkadarabra eső költség – kevesebb, mint a CO2 lézer esetén, 5 mm-ig
biztonság – szigorú biztonsági szabályokat kell betartani, mivel komoly egészségügyi károkat okozhat. A hullámhossz miatt a nyaláb eljut a retináig, maradandó sérüléseket okozva.
lézernyaláb irányítása – száloptikán
A CO2 lézer előnyei:
gyorsaság – 5 mm-nél vastagabb anyagok esetén gyorsabb lehet a fiber lézereknél, mivel vastagabb anyagok esetében jobb a nyaláb elnyelése
minőség – a vágás minősége nem változik jelentősen az anyagvastagsággal
rugalmasság – nagy rugalmassággal alkalmazható, széles anyagvastagság mellett
munkadarabra eső költség – 5 mm-es vastagság felett már jobb
biztonság – a CO2 lézer hullámhossza miatt nem okoz maradandó károsodást
lézernyaláb irányítása – tükrös optika

Végezetül néhány gondolatvezető, mit is kellene mérlegelni, ha fiber és széndioxid lézer között kell dönteni.

  • Mekkora mennyiségben, milyen gyorsan kell legyártani az alkatrészeket?
  • Mekkora anyagvastagságú a munkadarab, amit vágni akarunk a gépen? Milyen széles az a vastagságtartomány, amivel dolgozni kell?
  • Milyen anyagokat kell majd vágni? Milyen gyakran változik a munkadarabok anyagminősége?
  • Mekkora beruházási költséggel jár?
  • Az üzemeltetés során fellépő költségek hogyan fognak jelentkezni?