Laser, czyli urządzenie, które emituje wiązkę światła w celu przecięcia wybranego elementu, znane jest od lat 50. ub. w. Jednak od czasu jego wynalezienia technologia uległa zmianom i dziś nie mamy w użyciu jednego, a kilka typów.
Jeżeli chodzi o technologie generowania światła z laserów na ciele stałym, dostępne są dwa rodzaje, które są w tej chwili używane. W przeszłości użytkowano jeszcze tzw. lasery yagowe, które były pompowane lampami ksenonowymi, ale ta technologia się nie przyjęła. Miała ona bardzo małe sprawności i była stosowana tylko przez krótki okres. Natomiast obecnie stosuje się technologię dyskową i technologię światłowodową.
Technologia dyskowa
Technologia dyskowa pojawiła się po wynalezieniu laserów CO2, a przed laserami światłowodowymi dużej mocy. Jest to rozwiązanie, które generuje ten sam rodzaj światła, co lasery światłowodowe, jednak z mniejszą sprawnością. Lasery dyskowe to lasery typu open-cavity. Wewnątrz rezonatora mamy otwartą przestrzeń, w której światło musi wyjść z ośrodka aktywnego, czyli w tym przypadku z dysku, następnie odbić się od lustra i z powrotem wejść do szkła. Przekraczając granicę ośrodków, np. z powietrza do szkła, część światła się rozprasza, część się odbija, w związku z tym laser dyskowy nigdy nie osiągnie sprawności takiej, jaką będzie miał laser światłowodowy. To ważne, bo dysproporcje mogą być duże. Sprawność lasera światłowodowego jest na poziomie dochodzącym do 50%, natomiast lasery dyskowe nie osiągają nawet połowy tej wartości. Jest to istotne dla klienta – np. w celu ustalenia, czy potrzebuje do zasilania lasera 25 czy 50 kW mocy. To często może zdecydować o wyborze urządzenia. Laser dyskowy składa się z wielokrotnie większej liczby elementów mechanicznych. Wymagają one bardzo precyzyjnego wykonania, dopasowania i justowania, co przekłada się na wysoki koszt produkcji części eksploatacyjnych i obsługi technicznej.
Laser światłowodowy
Z kolei lasery światłowodowe to lasery all-in-glass – jest to przeciwieństwo technologii open-cavity. All-in-glass oznacza, że światło, które jest wewnątrz rezonatora, cały czas znajduje się w szkle i w ogóle z niego nie wychodzi, dopóki nie dotrze do głowicy. Dopiero w głowicy światło wychodzi ze światłowodu. W związku z tym, że elementy optyczne i światłowody w laserze światłowodowym są połączone wewnątrz w taki sposób, że nie ma żadnych przerw, światło nie musi wielokrotnie przechodzić między szkłem i powietrzem. Dzięki temu sprawność urządzenia jest dużo większa, cięcie jest tańsze, a lasery nie wymagają kosztownej obsługi. Nie potrzeba regulacji, justowania czy centrowania wiązki. To rozwiązanie jest dużo bardziej ekonomiczne w eksploatacji – koszty cięcia są mniejsze, ponieważ m.in. nie ma potrzeby przeglądów, a maszyna pobiera mniej energii. Jeśli chodzi o technologiczne różnice w procesie cięcia, to laser światłowodowy i laser dyskowy dają ten sam rodzaj światła, o tej samej długości fali, więc sam proces cięcia i oddziaływania na metal są identyczne. W tej chwili lasery dyskowe praktycznie są stosowane tylko przez jednego producenta. Prawdopodobnie w niedługim czasie zastąpią je lasery światłowodowe, ponieważ ta technologia ma oczywistą przewagę.
Zwiększanie mocy źródeł
Większość firm produkujących wycinarki laserowe korzysta ze źródeł laserów kupionych od firm zewnętrznych, które oferują coraz większe moce swoich produktów. Dlatego obecnie głównym trendem w rozwoju wycinarek laserowych jest zwiększanie ich mocy. Kryje się tu jednak pewna pułapka – zwiększanie mocy jest oczywiście pożądane, ale im większa moc, tym jej dalsze zwiększanie przynosi coraz mniejsze efekty. Największe przyrosty wydajności pracy maszyny są wtedy, kiedy moc jest stosunkowo niewielka. Tzn. w przypadku najmniejszych laserów do zastosowań przemysłowych, np. 2 kW (mniejszych mocy się praktycznie już nie oferuje) zwiększenie mocy do 3 kW jest zwiększeniem wydajności nawet o ok. 45%. Następnie zwiększenie do 4 kW to 30% zwiększenia wydajności lasera. To są duże skoki, jednak po przekroczeniu pewnej mocy istotną rolę zaczyna odgrywać dynamika pracy maszyny. Laser o mocy 6 kW potrafi wycinać tak szybko, że przy cieńszych blachach maszyna nie jest w stanie tych prędkości wykorzystać. Jeżeli wycina się małe, skomplikowane elementy, to proste odcinki, po których maszyna się porusza, są zbyt krótkie, żeby urządzenie mogło wystarczająco się rozpędzić. Dlatego powyżej 6 kW przy blachach cienkich (do 1,5-2 mm) przyrosty wydajności, które można uzyskać, są już niewielkie. Przy grubych blachach okazuje się, że również jest ograniczenie. Nie jest to już taka ścisła bariera, natomiast do 6 kW przyrosty wydajności maszyny w stosunku do mocy są istotne, znaczące i widoczne. Bardzo grubych blach nie można jednak ciąć w azocie (cienkie i średniej grubości blachy tak – to jest cięcie polegające na stopieniu i wydmuchaniu materiału). Po przekroczeniu pewnej grubości należy zmienić gaz z azotu na tlen – wówczas oprócz samego stopienia materiału przez laser tlen daje dodatkowego paliwa do spalania materiału, dzięki czemu można ciąć grubszą blachę. Ale zjawiska fizyczne będące podstawą cięcia w tlenie powodują, że zwiększenie mocy nie powoduje zwiększenia szybkości cięcia. W związku z tym cienkie blachy przy dużych mocach nie będą szybciej cięte, bo laser nie jest w stanie tak szybko się poruszać, natomiast przy grubych blachach ograniczeniem jest przejście na tlen. Okazuje się więc, że zwiększanie mocy powyżej 6-8 kW będzie miało wpływ tylko na cięcie blach średnich. To, w którym momencie musimy przejść na tlen, również zależy od mocy – np. w 6-kilowatowym laserze tniemy do 6 mm stal czarną w azocie, a powyżej musimy przejść na tlen. Dla 10 kW to jest 10 mm, dla 12 kW – mniej więcej 12 mm. Zakres grubości 5-12 mm to zaledwie 30% asortymentu cięcia na laserze. Jeżeli ktoś tnie głównie te grubości blachy, to zwiększanie mocy do 8-12 kW może mieć znaczenie. Jeżeli ktoś bierze pod uwagę bardzo szeroki zakres blach, to okazuje się, że zwiększona wydajność przy zwiększonych mocach dotyczy tylko 30% zakresu materiału. Zwiększając moc, nie zwiększa się szybkość ruchów maszyny w powietrzu przy przechodzeniu pomiędzy konturami. Nie zwiększa się także szybkość czynności przygotowawczych, nie skraca czas wymiany stołów ani np. przerwy śniadaniowej dla ob- sługi. Dlatego dwukrotne zwiększenie mocy w rzeczywistości zwiększa nam wydajność o ok. 50%, ale tylko dla 30% asortymentu. To znaczy, że średnio zwiększyliśmy wydajność całej maszyny o 15%, pomimo że zapłaciliśmy za nią dwukrotnie więcej. Nierozsądne ekonomicznie jest więc zwiększanie mocy w nieskończoność, ponieważ przyrosty będą coraz mniejsze i najczęściej bardziej opłaca się kupić dwie wycinarki o mocy 6 kW, zwiększając wydajność o 100%. Czyli lepiej mieć kilka wycinarek z nieprzesadzoną mocą niż przesadzać z mocą jednej wycinarki laserowej. Nie bez znaczenia jest również możliwość zapewnienia ciągłości produkcji w przypadku awarii jednej z maszyn.
