Wydajność wycinarek laserowych do blach jest ostatnio jednym z bardziej istotnych czynników w ekonomii współczesnej produkcji. Wpływa to bezpośrednio na przychód, jaki może generować firma. Wielu producentów potrzebuje lasera, który wycina elementy, z których powstają najróżniejsze produkty. Na rynku laserów dominują dwa typy – światłowodowe i CO2. Różnice między nimi mogą być znaczące.
W ostatnich latach coraz częściej użytkowane są lasery światłowodowe (fiber). Ich dynamiczny rozwój stoi w opozycji do starszej technologii laserów CO2, które przez 30 lat niewiele się zmieniły. Wynika to z faktu, że ta technologia osiągnęła już granice fizycznych możliwości zwiększania sprawności. Obecnie różnice w poszczególnych modelach mogą sięgać jedynie kilku procent. Różnice działania laserów CO2 i laserów światłowodowych zaczynają się już od ilości energii, której maszyna potrzebuje do działania. Laser CO2 o mocy 4 kW potrzebuje 80 kW zasilania, natomiast światłowodowy tylko 12 kW. Różni je także między innymi długość fali światła. W laserze CO2 wynosi ona 10 um, a w światłowodowym 1 um. Od tego parametru zależy wielkość plamki skupionego światła, która tnie metal. W związku z tym światło lasera światłowodowego może skupić się na mniejszej średnicy niż lasera CO2. Przy bardziej skoncentrowanej wiązce wycinana jest mniejsza szczelina, co powoduje konieczność wytopienia mniejszej ilości materiału do uzyskania separacji. Ważnym aspektem jest absorpcja, czyli zdolność odbijania światła od metalu, który chcemy wycinać. Różne metale mają ją na różnych poziomach. Część padającego na metal światła zostaje odbita, więc tylko część mocy lasera efektywnie uczestniczy w procesie cięcia. W przypadku laserów CO2 większa ilość światła jest odbijana niż przy wykorzystaniu laserów światłowodowych. Oba wymienione czynniki powodują, że przy takiej samej mocy laser światłowodowy może wycinać nawet do 5 razy szybciej niż laser CO2. Lasery światłowodowe miały dotychczas szczególnie dużą przewagę w przypadku cięcia cieńszych blach(do 6 mm), w których szczelina cięcia wynosi poniżej 0,1 mm. Jednak w ostatnich latach, gdy dostępne moce laserów światłowodowych osiągają już wartości ponad 15 kW, również blachy grubsze, 15 czy nawet 20 mm, mogą być wycinane z prędkościami wielokrotnie większymi niż przy użyciu technologii CO2.
System sterowania
Kolejnym istotnym elementem, który ma wpływ na szybkość i wydajność laserów, jest system sterowania. Powszechnie spotykanym ograniczeniem wydajności wielu maszyn jest to, że koncepcja ich działania pochodzi z lat 50. ubiegłego wieku. Wydajność procesorów była wtedy niewielka, a programy zapisywano na taśmie perforowanej. Techniki komputerowe od tego czasu rozwinęły się diametralnie, a rozwój systemów sterowania CNC wydawał się nie nadążać. Dopiero w latach 80. pojawiły się pierwsze programy, które automatycznie tworzyły kod dotychczas zapisywany na taśmie. Skróciło to czas programowania maszyny z dni do godzin. W kolejnych dekadach rozwój programów był szybszy, ale wciąż do wykonania obróbki potrzeba było dwóch osób – operatora maszyny i technologa z programem CAM. Dodatkowo wśród producentów laserów długo dominowało podejście, aby wykorzystać systemy sterowania używane wcześniej np. w maszynach skrawających nieprzystosowanych do prędkości posuwów roboczych osiąganych przez lasery. W takich systemach sterowania błędy geometrii ruchu rosły wraz z prędkością posuwu i w wielu przypadkach trzeba było sztucznie ograniczać prędkość przy wykonywaniu skomplikowanych kształtów, co prowadziło do marnowania potencjału technologii laserowych, a w szczególności laserów typu fiber. Firma KIMLA do swoich wycinarek laserowych opracowała zupełnie nowy rodzaj systemu sterowania, który jako pierwszy zachowuje dokładność odwzorowania kształtów niezależnie od prędkości cięcia. Spowodowało to znaczny przyrost wydajności cięcia, a wyposażenie systemu sterowania w funkcje CAD, CAM, CNC i nesting – przygotowanie, rozkładanie, korygowanie i wycinanie umożliwiło obsługę wycinarki laserowej przez jedną osobę, bez udziału technologa. Umożliwiono również współpracę z systemami ERP, co pozwala na znaczną automatyzację sterowania produkcją. System sterowania automatycznie analizuje wektory i wyznacza dynamiczne parametry przejścia przy skomplikowanych kształtach. Dzięki skróceniu czasu wykonania detalu zwiększa się wydajność maszyny. Częstotliwość korygowania pozycji w serwonapędach jest również znacznie większa, co daje również możliwość poruszania się lasera z większą dokładnością.
Napędy
Ważnym czynnikiem są stosowane w laserach napędy. Firma KIMLA opracowała magnetyczne napędy liniowe, które działają bezdotykowo i charakteryzują się wysoką gęstością mocy. Innowacja polegała na zwiększeniu mocy napędu bez zwiększania jego masy. Pozwoliło to na przekroczenie bariery ograniczającej wydajność. Napędy liniowe stanowią alternatywę do stosowanych początkowo w laserach napędów zębatych. Ich dużą wadą był fakt, że kontakt poszczególnych części (np. śrub, listew) powodował ich szybsze zużywanie się. Przy dużych prędkościach i obciążeniach laserów jest to znaczący problem. Magnetyczne napędy liniowe eliminują go, ponieważ są bezdotykowe i nie posiadają elementów zużywających się. Decydując się na kupno lasera, należy dokładnie przeanalizować jego parametry, a w dalszej kolejności przeliczyć, który typ pozwoli na uzyskanie większych zysków. Oprócz parametrów takich jak moc czy szybkość cięcia należy również zwrócić uwagę na konieczność remontów i przestojów, które mogą się pojawiać, ponieważ zmniejszają one wydajność produkcji i prowadzą do strat. Dlatego wybór odpowiedniej wycinarki laserowej w zależności od produkowanych elementów jest jedną z bardziej istotnych kwestii do rozważenia.
