5 мифов о лазерном станке: как неосведомленность мастера может навредить процессу

Применение мощных лазеров становится все более распространенным в промышленной среде, например, спекание в аддитивном производстве, соединение деталей кузова в автомобильной промышленности, сверление и резка аэрокосмических компонентов. По мере открытия и разработки новых областей применения этих лазеров все больше производителей осознают, насколько надежными и воспроизводимыми могут быть промышленные лазерные системы.

Как и любой другой станок, технологии, связанные с лазерной системой, значительно продвинулись за последние несколько десятилетий. Однако до сих пор существует множество мифов, связанных с использованием, эксплуатацией и обслуживанием промышленного лазера. Отделение фактов от вымысла имеет решающее значение для обеспечения высококачественного лазерного процесса.

Примечание: данная статья является переводом.

Использование лазера в качестве промышленного инструмента можно проследить почти так же далеко, как и появление самого лазера. CO2-лазер был рабочей лошадкой лазерного производства благодаря своей мощности, относительно недорогим эксплуатационным расходам и простоте обслуживания. Сотни тысяч таких лазерных станков используются и сегодня.

В 1980-х годах появились волоконные лазеры волоконные лазеры в качестве промышленного инструмента, и он изменил ландшафт промышленного лазерного производства. По сравнению с хорошо зарекомендовавшими себя CO2-лазерами волоконный лазер принес несколько преимуществ, таких как повышение эффективности настенного монтажа, улучшение качества луча и снижение затрат на обслуживание. Но первые поколения волоконных лазеров были дорогими, сложны в обслуживании и не производили мощность, необходимую для промышленных нужд. Производители волоконных лазеров преодолели большинство этих препятствий и теперь предлагают источники и системы, которые более практичны.

Какими бы высококачественными и надежными ни стали современные лазерные системы, у пользователя может возникнуть соблазн пренебречь тем фактом, что система все еще состоит из физических частей с физическими свойствами. Лазерные системы состоят из механических и электрических компонентов, которые деградируют или выходят из строя после периодического использования. Когда эти лазеры используются в жестких промышленных условиях, наполненных технологическим мусором, деградация и отказ компонентов многократно усиливаются, что приводит к снижению эффективности и увеличению эксплуатационных расходов.

Разработчики систем творчески подошли к управлению технологическим мусором. Однако без измерения производительности лазерной системы пользователь не может понять все последствия деградации этих компонентов системы, а также то, как и когда принимать меры для максимизации эффективности системы.

Лазерные системы требуют значительных финансовых вложений, чтобы производить детали как можно быстрее и эффективнее. Периодическое обслуживание системы необходимо, но очевидное желание максимизировать возврат инвестиций (ROI) означает минимизацию времени, которое требуется для обслуживания системы. Система измерения производительности лазера может быстро показать, как работает лазер, и помочь в разработке более комплексной процедуры обслуживания.

В CO2-лазерах, когда лазер начинает отклоняться от оптимизированного процесса, у пользователя лазера может возникнуть соблазн увеличить мощность, чтобы продолжать обработку деталей, не разбираясь, почему лазер теряет эффективность. Возможно, имеет место повышенный тепловой эффект на лазерную систему, вызванный старой, поврежденной или загрязненной оптикой, обычно расположенной близко к процессу. Тепловой эффект вызывает смещение сфокусированного пятна вверх, что приводит к снижению плотности мощности.

Приборы для профилирования луча позволяют конечным пользователям настраивать свои лазерные процессы для достижения точного излучения, достаточного для выполнения задачи, но не слишком интенсивного, чтобы, например, сварной шов не перегревался и не давал оптимальных результатов. Современные средства измерения лазерного излучения помогают пользователям понять производительность их лазерного излучения и оптимизировать работу и обслуживание своих систем.

В связи с этим производители должны знать основное различие между CO2-лазерами и волоконными лазерами. CO2-лазеры работают на очень щадящей длине волны 10,6 мкм. Оптика этих лазеров надежна, менее восприимчива к повреждениям от окружающего технологического мусора и более проста в обслуживании. Современные волоконные, дисковые и диодные лазеры работают на длине волны около 1 мкм. Оптика, используемая в этих лазерах, более восприимчива к повреждениям от мусора, образующегося в суровых промышленных условиях, и при замене с ней нужно обращаться очень осторожно. Некоторые операторы лазеров полагаются на старую практику замены оптики CO2-лазеров, но такая практика в конечном итоге может повредить обрабатывающие головки их лазеров с длиной волны 1 мкм.

Этот миф о низкой рентабельности инвестиций в лазерную измерительную систему находится в ошибочном представлении о том, что эти системы дороги и сложны в настройке и использовании. Кроме того, многие производители считают, что, хотя лазерное измерительное оборудование приятно иметь, оно может не предоставить информацию, которая полезна или актуальна для применения.

Исторически сложилось так, что стоимость приобретения лазерных измерительных систем была высокой. Когда электронные лазерные измерительные приборы начали появляться в 1970-х годах, они в основном использовались в научных лабораториях и в высококонтролируемых средах. Информация, которую они предоставляли, была особенно полезной, но стоимость владения позволяла иметь эти инструменты только хорошо финансируемым организациям.

Сегодня, с развитием технологий камер, оптических компонентов, сетевых и коммуникационных технологий, а также вычислительной мощности и программного обеспечения, лазерные измерительные приборы стали меньше, быстрее и дешевле. Лазерные измерители мощности и профилометры луча превратились в экономичные инструменты обслуживания, которые можно интегрировать непосредственно в лазерные рабочие ячейки. Например, все чаще производители автомобилей интегрируют промышленное комбинированное устройство для измерения мощности и профилирования луча в свои рабочие ячейки для мониторинга работы лазера с целью анализа тенденций, отслеживания процесса и более разумного прогнозирования технического обслуживания.

В дополнение к повышению стоимости, несколько усовершенствований позволяют упростить эксплуатацию этих устройств. Современные лазерные измерительные системы учитывают потребности системных интеграторов, операторов и обслуживающего персонала. Например, они используют стандартные для отрасли протоколы связи и разработаны с использованием надежных промышленных аппаратных соединений. В них также предусмотрены меры безопасности для защиты от повреждений в результате попадания мусора и перегрева. Лазерные измерители мощности и профилометры луча широко используются в научных и исследовательских сферах и часто разрабатываются для таких условий. Эти продукты также применяются в промышленности, поскольку они предоставляют необходимую информацию о производительности лазера. В связи с этим их конструкции были адаптированы к более жестким производственным условиям.

Нередко можно услышать, как персонал работающий с лазерным оборудованием говорит: "Этот лазерный процесс настолько надежен, что с ним редко что-то идет не так" или "Этот лазер сваривает листовой металл, так зачем мне заботиться о его производительности?". В некоторых случаях лазерное приложение разрабатывается и внедряется, и предполагается, что производительность остается неизменной, пока что-то не пойдет не так. Это не лучший способ управления процессом. Кроме того, особенно тревожно слышать такие заявления от людей, работающих с высокоточными системами, такими как автомобильное производство, где особое внимание уделяется безопасности и качеству.

Однако реальность производственного мира такова, что стремление к безопасности и качеству уравновешивается постоянным стремлением к снижению эксплуатационных расходов. Но иногда это может быть непросто, особенно в лазерных системах, таких как сварка высокоотражающих материалов, где добиться стабильного лазерного процесса не всегда просто. Чтобы обеспечить стабильную работу лазера в течение длительного времени, необходимо проводить измерения ключевых характеристик, анализировать их и принимать соответствующие меры. Если эти параметры лазера неизвестны, процесс может отклониться и в конечном итоге привести к бракованным деталям. Например, если сфокусированное пятно при сварке меди сместится от проектного положения, то из-за увеличения размера луча в точке процесса может произойти потеря провара. Если отслеживать смещение фокуса на лазерной системе, этого смещения можно избежать.

Устойчивое развитие также является важным фактором. Производственные компании ищут способы более разумного потребления ресурсов, чтобы уменьшить отрицательное воздействие на планету. Каждый, кто участвовал в этих инициативах, знает, что каждое небольшое улучшение процесса приносит свой вклад.

Измерение, отслеживание и анализ производительности лазера, а также принятие мер для поддержания постоянной производительности могут способствовать устойчивому развитию. Правильно обслуживаемая лазерная система потребляет меньше энергии и максимизирует пропускную способность, что не только способствует снижению эксплуатационных расходов, но и полезно для планеты.

Философия "не чини то, что не сломано" жива и здравствует в производстве. Например, некоторые специалисты по обслуживанию лазеров до сих пор используют очень простые инструменты для обслуживания и устранения проблем с лазером. Лазерные шайбы, акриловые блоки режимов и флуоресцентные пластины с люминофорным покрытием быстры и просты в использовании, но эти устаревшие средства дают неполную картину работы лазера в любой момент времени.

При использовании этих примитивных методов лазер запускается в объемное тепловое устройство на несколько секунд, что дает одно число, соответствующее выходной мощности. Лазерный луч отображается на акриловом блоке или флуоресцентной пластине и анализируется субъективно, без каких-либо данных о тенденциях или промышленных стандартах измерения. Современные электронные лазерные измерительные приборы обеспечивают измерения на основе времени, что позволяет проводить краткосрочный или долгосрочный анализ тенденций производительности лазера. Они калибруются по стандартам, отслеживаемым NIST, и используют методы измерения луча, соответствующие ISO. Это обеспечивает пользователю более полный анализ характеристик лазера и уверенность в точности измерений.

Потребность в обратной связи со станками оказывается очень ценной для улучшения промышленной обработки. Лазер, если рассматривать его как станок, не является исключением. В настоящее время продукты могут предоставлять информацию о рабочих характеристиках лазера с помощью нескольких различных подходов. Измерения в процессе или "на месте" могут обеспечить обратную связь в реальном времени о работе лазера, но часто анализируется только часть лазерной системы, что ограничивает объем предоставляемой информации. С другой стороны, продукты для измерения в процессе обеспечивают более полный анализ работы лазера на этапе обработки; однако эти продукты должны использоваться между циклами обработки деталей, поэтому получаемая информация не может быть получена в режиме реального времени. В любом случае, наличие информации о работе лазера всегда лучше, чем отсутствие анализа при рассмотрении вопроса об улучшении процесса.

Мы советуем вам прочитать в нашем блоге такие статьи как: «Основы лазерной резки — знания, которые вам пригодятся» и «5 признаков отличного оператора лазерного станка»‎.

Если вам понравилась статья, то ставьте лайк, делитесь ею со своими друзьями и оставляйте комментарии!