Koszty utrzymania lasera światłowodowego

Często zaniedbywanym zagadnieniem dotyczącym zakupu w szczególności pierwszego lasera są koszty eksploatacyjne. Na koszty eksploatacyjne składają się koszty części, gazów i energii elektrycznej. Uśredniony koszt eksploatacyjny cięcia laserem fiber szacuje się w zakresie od 30 do 70 zł/h w zależności od mocy źródła oraz rodzaju wykorzystywanego gazu.

Opowieści dotyczące niskich kosztów eksploatacyjnych laserów fiber w porównaniu z laserami CO2 oczywiście mają swoje uzasadnienie, ale nie należy tych kosztów ignorować. Elementy eksploatacyjne takie jak: dysze, okna ochronne, izolatory ceramiczne wymieniane są przez operatora w ciągu kilku minut. Dysze wymienia się przy zmianie blachy ręcznie lub czasami można spotkać systemy automatycznej wymiany dysz. Ręczna wymiana nie jest uciążliwa i trwa zazwyczaj kilka sekund. Ceramiczny uchwyt dyszy w zasadzie się nie zużywa, ale pełnifunkcję bezpiecznika, który w przypadku kolizji chroni głowicę przed poważniejszymi uszkodzeniami. Okno ochronne zabezpiecza soczewkę skupiającą i zapobiega przedostawaniu się gazu do górnej komory głowicy. Ruszt, na którym leży materiał, również ulega zużyciu, ale użytkownik może go samodzielnie wyciąć z blachy o grubości 2-3 mm. Do elementów eksploatacyjnych wymienianych przez serwis producenta należą: soczewki, złącze światłowodu czy osłony harmonijkowe, choć u niektórych producentów istnieje możliwość rozszerzenia gwarancji również na te elementy. Częstotliwość wymiany optyki w znacznym stopniu zależy od mocy źródła, ale ze względu na wiele dodatkowych czynników decydujących o ich żywotności nie można precyzyjnie jej określić. Na podstawie statystyk wymiany optyki można stwierdzić, że przy mocach do 2 kW średnia żywotność przekracza 2 lata. Powyżej mocy 6 kW żywotność szybko spada, aby przy największych mocach osiągała wartości nieprzekraczające kilku tygodni. Rozwijająca się technologia prowadzi oczywiście do wydłużania żywotności optyki i należy się spodziewać, że czasy te będą się wydłużały.

Moc lasera

Pierwsze lasery światłowodowe do cięcia metali miały moce kilkuset watów i pozwalały na wycinanie blach o grubościach do 3 mm z niezbyt imponującymi prędkościami. Naturalne było zatem dążenie do zwiększania mocy, aby zwiększyć wydajność i zakres ciętych blach. Szybki rozwój tej technologii sprawił, że moce zaczęły być liczone w kilowatach, ale zwięk- szanie mocy nie przekłada się liniowo na zwiększanie wydajności i grubości cięcia. Początkowo przy stosunkowo niewielkich mocach rzędu 1-2 kW maksymalna grubość cięcia wzrasta proporcjonalnie, ale powyżej 2 kW wzrost zaczyna się załamywać i dalsze zwiększanie mocy powoduje coraz mniejsze przyrosty grubości cięcia. Należy podkreślić, że nie możemy traktować grubości cięcia w odniesieniu do mocy w sposób ścisły. Czym innym są badania laboratoryjne w optymalnych warunkach, a czym innym jest cięcie różnorodnych blach w warunkach przemysłowych, dlatego, wybierając źródło lasera, nigdy nie powinniśmy robić tego bez pewnego zapasu mocy. Zapas mocy wpływa na szerokość okna procesowego, czyli zakresu poszczególnych parametrów, dla których jakość cięcia jest akceptowalna. Im mniejszy jest zapas mocy, tym trudniej dobrać właściwe parametry i ciąć materiały gorszej jakości. Cięcie metali kolorowych, stali nierdzewnych, aluminium, tytanu czy cienkich blach czarnych odbywa się z udziałem azotu, natomiast grubsze stale czarne są cięte z użyciem tlenu. Ze względu na to, że przy cięciu w tlenie powstaje znacznie szersza szczelina niż przy azocie prędkość cięcia jest wielokrotnie niższa. Dlatego, jeśli jest to możliwe ze względu na dostępną moc, stal czarną znacznie wydajniej i taniej tnie się z użyciem azotu. Jak pokazano na rys. 1, przewaga w szybkości cięcia azotem przy cieńszych blachach jest ogromna i sięga nawet pięciokrotności szybkości cięcia w tlenie przy tej samej mocy lasera. Przy grubszych blachach ta dysproporcja nieco spada, ale i tak jest wielokrotna. Należy zauważyć, że przy cięciu azotem zużywane jest więcej gazu ze względu na wyższe ciśnienia, lecz niższy koszt azotu oraz znacznie większa wydajność cięcia kompensują to z nawiązką. Z przedstawionych danych wynika również maksymalna grubość cięcia w zależności od mocy lasera. Co prawda np. laser 3 kW umożliwia wycięcie blachy o grubości 15 mm, ale maksymalna grubość cięcia azotem to 4 mm. Jeśli zwiększymy tę moc dwukrotnie do 6 kW, wówczas granicę cięcia w azocie przesuniemy do 6 mm, co spowoduje, że tę grubość będziemy cięli z prędkością 6 razy wyższą niż na laserze 3 Kw. Powyższy przykład sugeruje, że zwiększanie mocy może być opłacalne i będzie to wpływać na zwiększenie wydajności i opłacalności cięcia, jednak zanim podejmie się decyzję o wyborze mocy źródła, trzeba nieco szerzej spojrzeć na wydajność całego procesu cięcia laserem.