До сих пор промышленные лазеры могли эффективно выполнять только одну конкретную задачу - они, как правило, хороши для закалки, резки или сварки металла. Более того, они часто бывают громоздкими и громоздкими. Исследователи из Института материалов и лучевых технологий им. Фраунгофера IWS в Дрездене представят на выставке Laser2007 в Мюнхене по-настоящему универсальный талант: волоконную лазерную систему, способную при необходимости закаливать, резать и даже сваривать.
Лазеры стали незаменимым инструментом во многих областях промышленности. Они используются для резки листового металла для автомобилей, закалки лопаток турбин и сварки корпусов самолетов. Эти пучки световой энергии быстрые, точные и заняли свою нишу во многих различных секторах. Однако, несмотря на различия, все лазеры имеют одну общую черту: они относительно негибкие. С одной стороны, они обычно хороши только для выполнения одной задачи - закалки, резки или сварки. С другой стороны, многие промышленные лазеры имеют форму больших некорректных шкафов, которые могут работать со сложными трехмерными компонентами только с большими техническими усилиями.
Исследователи из IWS нашли способ сделать лазеры более гибкими. Для этого они использовали относительно новую технологию: волоконные лазеры. Долгое время использование волоконных лазеров ограничивалось применением в телекоммуникационном секторе. Их сигналы были достаточно сильными, чтобы посылать крошечные световые импульсы по стеклянным волокнам, по которым передавались телефонные разговоры и сообщения в Интернете. Тем временем, однако, волоконные лазеры догнали своих более мощных собратьев. В последние несколько лет были разработаны волоконные лазеры, которые могут генерировать свет мощностью в несколько киловатт в волокнах толщиной всего 50 микрон.
Их преимущество в том, что их волокна гибкие, как кабель, что позволяет им приближаться к компонентам со сложной геометрией. Кроме того, волоконные лазеры генерируют свет с длиной волны около одного микрона, что является хорошей длиной волны для поглощения металлами, такими как сталь и алюминий. Энергия лазера легко проникает в обрабатываемый материал. Следовательно, волоконный лазер может резать вдвое быстрее, чем CO 2 -лазер, с той же выходной мощностью и длиной волны 10 микрон, до сих пор являющийся предпочтительным лазером для резки. Благодаря гибким волокнам волоконный лазер может использоваться во многих областях обработки материалов и может быть легко и гибко интегрирован в производственную линию.
Исследователи IWS представят волоконные лазеры как часть своей недавно разработанной системы лазерной резки и упрочнения на выставке Laser2007 в Мюнхене с 18 по 21 июня. Устройство оснащено манипулятором, который умело направляет волокно и лазерную головку даже в самые труднодоступные уголки сложных компонентов. «Наша система особенно подходит для малых и средних предприятий», - говорит д-р Штеффен Бонсс, отвечающий за компоненты системы для лазерной закалки. «Поскольку обычные лазерные системы обычно выполняют только одну задачу, небольшие компании часто не хотят вкладывать в них средства». С помощью этой новой комбинированной системы компании могут более гибко использовать лазер для закалки или резки в зависимости от текущих требований. В пилотных проектах функциональность системы была расширена за счет включения сварки. Это означает, что впервые даже небольшим компаниям выгодно инвестировать в лазер. Без робота-манипулятора волоконный лазер примерно такого же размера, как холодильник, и, следовательно, едва ли вдвое меньше CO.2 лазер - еще один фактор, облегчающий гибкое развертывание. «Такая система, как наша, особенно интересна для производства прототипов или небольших партий», - объясняет Бонсс.
Универсальность системы во многом обусловлена качеством самого лазерного луча. Волокна излучают очень однородный свет и очень маленькое фокусное пятно. Лазер может более эффективно фокусировать энергию, работать быстрее и с большей точностью. «Что касается лазерной резки, CO 2лазеры являются наиболее популярными, их доля на рынке превышает 90 процентов », - говорит д-р Томас Химмер, руководитель проектов по лазерной резке в IWS. «Однако в основном они используются для резки плоского листового металла. Чтобы использовать их для резки более сложных геометрических форм, требуется значительно больше усилий ». Это не относится к управляемому роботом волоконному лазеру: он может проникать в любой угол компонента. Кроме того, благодаря улучшенным возможностям фокусировки обработка с дистанционным управлением может выполняться на более высоких скоростях и на больших расстояниях от заготовки.
Кроме того, волоконный лазер может похвастаться эффективностью преобразования энергии 20 процентов по сравнению с 6-10 процентами, достигнутыми лазерами на CO 2 .
Конечно, есть не только CO 2.и волоконные лазеры. Диодный лазер также занял свою нишу, особенно для упрочнения поверхности компонентов - например, острых кромок инструментов. Он генерирует легко поглощаемый свет с короткой длиной волны, который может легко проникать через металл, как и волоконный лазер. Для закалки требуется более широкое фокусное пятно, чтобы можно было обработать большую площадь поверхности за короткое время. Узкий фокус волоконного лазера IWS можно расширить и придать ему соответствующую форму с помощью системы формирования луча LASSY, которая также является развитием IWS. Важен не только диаметр балки, но и ее форма, так как углы компонентов легче закалить с помощью прямоугольной балки, чем с помощью круглой балки. LASSY придает лучу желаемую форму,
Для точной лазерной резки фокусное пятно должно быть как можно меньше. Хотя для волоконных лазеров это не проблема, диодные лазеры не могут конкурировать в этом отношении. Диодный лазер является относительно недорогим и по-прежнему предпочтительным инструментом для процессов лазерной закалки, но от него мало пользы для компаний, которым время от времени требуется резка или сварка. В будущем волоконные лазеры смогут выполнять все эти задачи. «Первые волоконно-лазерные системы уже используются в автомобильной промышленности и используются как производителями, так и поставщиками», - поясняет Химмер. В сотрудничестве с клиентами он и Bonß разрабатывают оптимальный дизайн лазера: адаптируют параметры луча к деталям и интегрируют лазерные системы в существующие производственные линии. Благодаря их скорости и точности использование лазеров часто может значительно сократить время цикла, в то же время снижая потребление энергии. Исследователи продемонстрируют практические примеры на выставке Laser2007 в Мюнхене.
