ウルトラ

Aug 31, 2023

2000 年代初頭にキロワットレベルのファイバー レーザーが導入され、その後 2000 年代後半に切削工具に統合されたことにより、ファイバー レーザーはレーザー切断をニッチな方法から主流の製造プロセスに変えました。 それ以来、ファイバー レーザーは、統合の容易さ、信頼性、メンテナンスの低さ、以前のレーザー技術と比較した資本コストと運用コストの低さ、高い切断速度、出力のスケールアップの可能性により、板金のレーザー切断で主流となってきました。 レーザー切断市場は過去 10 年間で毎年 10% 以上成長しており、これは他のプロファイル切断プロセスの 2 倍以上の成長率です。

近年、製造業界では、切断用に 10 ～ 40 kW の超高出力 (UHP) ファイバー レーザーが急速に採用されています。 FABTECH の展示フロアや教育セミナーで毎年最先端のレーザー切断システムを観察していると、切断に利用できる最大出力が 2016 年の 6 kW から 2022 年には 40 kW に劇的に増加していることに気づくでしょう。 6年間でほぼ7倍に増加した。 過去 3 年間だけでも、切断システムの最大レーザー出力は 15 kW から 40 kW に跳ね上がりました。 UHP レーザー開発の速いペースは、今年も続いており、最近の 2 つの注目すべき開発に牽引されています。 また、電気効率が 50 パーセントを超える高効率 UHP ファイバー レーザーのリリースにより、高デューティ サイクルの高出力切断用途で大幅なエネルギー節約が実現します。

過去数年間の 3 つの主要な開発の重なりにより、UHP 切断トレンドが実現可能になりました。それは、ファイバー レーザーの kW 出力あたりのコストの低下、超高レーザー出力を処理できる切断ヘッドの入手可能性、およびアプリケーション エンジニアリングの知識の向上です。高出力レーザー切断について。

レーザー出力の増加により切断速度が劇的に向上し、運用コスト (ガス使用量、部品あたりのサイクル タイム、部品あたりのエネルギー消費を含む) が大幅に削減され、部品あたりのコストが大幅に削減されます。 たとえば、低電力切断と高電力切断の両方で同じアシストガス圧力とノズルサイズ (つまり、同じガス流量) を利用しながら、電力を 6 kW から 15 kW に増やすことで、ほとんどの厚さのステンレス鋼の切断速度が 4 倍以上になります。結果、ガス使用量やその他の運用コストが数倍削減されます。

UHP レーザーでは、高価な窒素や非常に遅い酸素切断の代わりに高圧空気を使用して、厚い炭素鋼やステンレス鋼をドロスなしで切断することもできます。 エアアシストガスを使用した切断は、高いレーザー出力での酸素切断よりも大幅に高速です。エア切断では酸素切断とは異なり、レーザー出力に応じて速度が増加します。 たとえば、30 kW レーザーで厚さ 16 mm の炭素鋼を切断する場合、切断速度はエアアシスト ガスでは 9 m/min を超えますが、酸素を使用すると約 2 m/min にすぎません。

窒素アシストガスを使用して厚さ 10 mm のステンレス鋼を切断すると、切断速度は 6 kW での約 2 m/min から 15 kW での 12 m/min 以上に増加し、出力が 2.5 倍に跳ね上がり、6 倍になります。 この速度の向上により、ほとんどの部品設計で部品あたりのコストが簡単に 2 ～ 3 倍低下します。 ただし、生産性が 2 倍高いレーザー切断システムは、レーザー出力の増加に伴って 1 キロワットあたりのレーザー源のコストが低下し、レーザーのコストの上昇が工作機械全体のコストに吸収されるため、2 倍の価格にはなりません。

UHP は、切断速度を大幅に向上させることで、独自の利点 (柔軟性、工具摩耗の欠如、非接触切断、複雑な薄壁の切断能力など) を維持しながら、パンチングなどの機械切断方法と比べてレーザー切断の競争力を高めました。 レーザーなどのプロファイル切断プロセスと比較したパンチングの利点は、通常、比較的単純な形状の部品を大量生産できることにあり、初期の初期工具コストが正当化されます。 しかし、製造業界では柔軟性の向上がますます求められるようになり、UHP レーザーによる高い切断速度により、レーザーとパンチングのコストの考慮がレーザーに移ってきました。

高出力レーザーが登場する前は、レーザーはより薄い切断に最適であるのに対し、プラズマはより厚い切断をターゲットとしているというのが一般的な前提でした。 プラズマは厚い金属の切断には優れた性能を発揮しますが、過去 6 年間のレーザー出力の劇的な上昇により、認識されるレーザーとプラズマの厚さの境界が年々上昇し、レーザーが支持されています。

アプリケーションテストでは、30 kW で厚さ 100 mm までの金属を高品質にレーザー切断できることが実証されました。 最近のテストでは、40 kW で、空気アシスト ガスを使用して最大 230 mm の厚さの炭素鋼レーザー切断を達成できることが示されています。 UHP レーザーと高出力プラズマの比較テストでは、厚さ 12 ～ 50 mm のステンレス鋼部分の 40 kW ファイバー レーザー切断は 3 ～ 4 倍高速であり、厚さ 12 ～ 30 mm の軟鋼部分の切断は 3 ～ 4.5 倍高速であることが示されています。レーザ。 超高生産性、厚さの向上、優れた切断品質 (ドロスフリー、ほぼテーパーフリーの切断) のおかげで、出力 15 kW 以上のレーザーがプラズマ カッターに取って代わる用途が増えています。

要約すると、10 ～ 50 kW の範囲の超高出力レーザーは、超高生産性と部品あたりのコストの削減、さらには厚肉切断の範囲と品質の向上を可能にし、金属切断プロセスの競争環境を変えています。 。 UHP レーザー切断は、部品ごとのアシスト ガス消費量を削減し、品質を維持しながら N2 および O2 アシスト ガスを圧縮空気に置き換え、部品ごとの電力消費量を削減し、機械の設置面積と必要な機械オペレータの数を削減することにより、製造コストを削減します。

超高出力レーザーの出力とエネルギー効率が向上し続け、さまざまな業界にわたって切断用途を変革する能力が拡大するにつれて、これらの強力なメリットはさらに魅力的になることが予想されます。 数年後には、レーザーの超高出力は結局「超」ではなくなるかもしれません。

レーザー加工は急速に変化する分野です。 超高出力レーザー切断の詳細を含む、レーザー切断、レーザー溶接、その他のレーザー応用に関する基礎を学び、最新のトレーニングを受けるには、アトランタで開催される FABTECH 2022 (11 月 8 日) で今年のレーザー セッションを探してください。 -10)。

詳細については、fabtechexpo.com/conference にアクセスしてください。

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