Platform voor de metaal- & staalverwerkende industrie
De laatste jaren is er een wedren in lasersnijvermogens aan de gang. Waar bij de introductie van fibertechnologie de lat nog op vier millimeter dik plaatwerk lag, wordt de kaap van de twintig millimeter vandaag al vlotjes gerond. Dat doen machinefabrikanten in eerste instantie door het vermogen op te drijven. Als we kijken naar de meest gekozen bron, dan regeert de 6 kW momenteel met ijzeren hand. Als we de eyecatchers op beurzen zien, dan is het tienvoudige ook al geen uitzondering meer. Maar staar je niet blind op de laserbron. Als je zoveel laserkracht wil kanaliseren in een hoge snijkwaliteit en een betrouwbare werking van je machine, dan zijn straalgeleidingssystemen, optica en software minstens even bepalend. Want wat heb je aan een bron van 60 kW als ze ook door je snijtafel brandt?
De veelzijdigheid van een laserstraal als snij-instrument oefent nog steeds een enorme aantrekkingskracht op de markt uit. Dat men voor bepaalde toepassingen een lasersnijmachine boven een plasmasnijmachine verkiest, heeft ermee te maken dat een fiberlaserstraal door het verhogen van het vermogen nu ook als een mes door boter door dikkere materialen glijdt. Soms onterecht, plasma is in veel gevallen nog de betere keuze, maar soms zijn er wel voordelen die het hogere prijskaartje verantwoorden. Op voorwaarde dat je je niet blindstaart op het vermogen. Er zijn zoveel factoren die een rol spelen bij een effectieve laserstraalafgifte dat het de moeite loont om een systeem te vinden dat zowel de beste softwaregestuurde regeling biedt als het minste aantal bewegende onderdelen (die allemaal een extra risico op storingen vormen).
Was vijf jaar geleden een laserbron van 20 kW nog toonaangevend, nu is het 30, 40, 50 kW en zelfs meer. Maar om het met de woorden van de mentor van een beroemde superheld te zeggen: “Met grote kracht komt grote verantwoordelijkheid.” En in het geval van lasers, of het nu gaat om 2D- of 3D-snijden, betekent dat solide, stabiele straalafgiftesystemen die niet alleen de snijstraal betrouwbaar focussen en moduleren, maar gebruikers ook helpen – via software of training – om die snijstraal af te stemmen op de grote verscheidenheid aan materialen en diktes waarmee een werkplaats dagelijks te maken heeft. Vermogen is niets zonder controle. Al deze componenten vormen samen een ecosysteem. Wanneer je het vermogen verhoogt, moet je machine stijver en het frame stabieler zijn. Veel fabrikanten maken de motor krachtiger, maar vergeten de remmen, de schokdempers en al die andere componenten.
Gezien het tekort aan ervaren machineoperatoren is het des te belangrijker om te investeren in een systeem dat de straal op een voorspelbare, veilige en consistente manier aflevert. Naarmate het vermogen toeneemt, neemt ook het belang toe van zeer robuuste en technisch onderbouwde parameters. De beste laserfabrikanten zorgen ervoor dat die parameters al vanaf de fabriek en bij de installatie op je machine zijn ingesteld. Je moet die niet zelf instellen … want als we het hebben over vermogens van 20 kW en meer, is de kans reëel dat een onervaren operator jouw machine kapotmaakt. Zoals elke machinefabrikant zal beamen, is de sleutel tot het instellen van de optimale parameters voor al die factoren een robuust softwarepakket dat zo min mogelijk aan het toeval overlaat.
Maar op welke parameters moet precies worden gelet? Wat de straal zelf betreft, zijn dat de focus, de straalhoek, de spotgrootte, de straaldikte en de collimatie (het focussen van divergerend laserlicht in een samenhangend pad door de toorts). Sommige van die variabelen veranderen, voornamelijk afhankelijk van het materiaal (bijvoorbeeld koper versus rvs of aluminium versus zacht staal) en de materiaaldikte, hoewel de gewenste snijsnelheid ook een rol speelt.
Daarnaast zijn er de straalafgiftevariabelen zoals het gasmengsel, de gasdruk en de snijsnelheid. Nu fiberlasers CO2-machines hebben verdrongen als de standaardtechnologie voor lasersnijden, is collimatie een heel ander verhaal. Metaalbewerkers zegden maar al te graag adieu tegen de spiegels, lenzen en bewegende onderdelen die eigen zijn aan de CO2-technologie. Maar die zorgden wel voor een betere randkwaliteit, grotendeels te danken aan de bredere straal die ze gebruiken (10 µm versus 1 µm bij fiberlasers). Concreet gaat het om de keuze tussen het gebruik van een grotere glasvezelkabel voor dikker materiaal of een kleinere (misschien 100 µm) kabel voor dunner materiaal.
De bredere kabel produceert een donutvormige straal die het vermogen concentreert aan de rand en een bredere snijbreedte oplevert, terwijl de dunnere kabel een in het midden gefocuste straal en een smallere snijbreedte oplevert. Het draait echt allemaal om focus: met de kleinere kabel is het de bedoeling om de collimatie-optiek te gebruiken om een korte focus met grote numerieke apertuurhoeken te behouden om kleinere spotgroottes (en een geringere diepte) te creëren, terwijl kleinere numerieke apertuurhoeken worden gebruikt voor stralen met grotere spotgroottes en een diepere focus voor dikkere materialen.
De manier waarop de straal wordt gecollimeerd – mechanisch of statisch – is van groot belang, omdat dit direct van invloed is op de spotgrootte. Ook is het de moeite waard om te overwegen of een werkplaats vlakke platen of buizen snijdt, wat niet alleen een verschil maakt voor het vermogen van de machine (3D-lasers halen niet zo’n hoog vermogen als 2D-lasers), maar ook voor de manier waarop die snijstralen worden gefocust.
Bovendien kun je het niet over straalgrootte en focus hebben zonder rekening te houden met het gebruikte gas, of dat nu zuivere zuurstof is voor dikkere materialen of misschien stikstof voor dunnere materialen. Een hoogwaardig straalafgiftesysteem vereist jaren van ontwikkeling en verfijning. De algehele prestaties zijn over het algemeen superieur wanneer de gehele optische keten is ontworpen als een geïntegreerde oplossing in plaats van samengesteld uit ad-hoc, afzonderlijk aangeschafte componenten.
