なんて高いんだ

Jun 05, 2023

高出力レーザーは、厚い材料だけでなく、あらゆる種類の切断ニーズに需要があります。

製造業者は、4 kW レーザーで 0.25 インチのプレートを切断できれば、8 kW レーザー電源を使用してより速く切断できることを知るために、ファイバー レーザー切断技術の専門家である必要はありません。 ここで、12 kW ファイバー レーザー切断機で何ができるかを考えてみましょう。 15kWだとどうでしょうか？

現在、金属加工業者はこれらの選択肢を利用できますが、これらの新しい高出力ファイバーレーザーによる厚い金属の切断だけに焦点を当てるのは間違いです。 これらの 10、12、さらには 15 kW の機械は、金属加工業者にとってこれらの強力な工作機械について話すときに最初に思い浮かぶかもしれませんが、厚い材料を切断する以上のことを行うことができます。 実際のところ、北米の金属製造会社の大多数は 0.25 インチ以下の金属を加工しています。 原子炉のような非常に厚い特殊金属のレーザー切断を必要とする工場は、単純に多くありません。 このようなタイプのアプリケーションは豊富ではありません。

高出力ファイバーレーザー技術の物語は、レーザー切断におけるプロセス時間の短縮にあります。 そのため、金属加工業者が 2 台または 3 台の古いレーザーを置き換えるために 1 台の高出力レーザー切断機を購入しているのを目にするのです。 これまでよりも早く、より安価にレーザーベッドから部品を取り出すことができるようになりました。

アフガニスタンとイラクに展開する米軍車両用の装甲キットを作成するためのプレートを迅速かつ効率的に加工するために、高出力の CO2 レーザー切断機が必要なツールであるとみなされたのは、2000 年代半ばになってからのことです。 即席爆発装置は大きな脅威であり、キットは裸の輸送車両では不可能な方法で軍人を保護しました。

わずか数年後にファイバー レーザー技術が登場し、その導入率は 20 年代半ばまでに爆発的に増加しました。 ミラーやレンズの清掃、ベローズのチェック、ビームの調整について心配する必要がなく、製造業者はメンテナンスをほとんど必要とせず、CO2 システムのランニングコストの約半分の費用がかかる新​​しい切削工具を見つけました。

また、ファイバー レーザーは、CO2 共振器に関連する 10 ミクロンのビーム波長よりも約 10 倍短いビーム波長を生成します。 この集束ビームはより高い出力密度を生成し、この技術のより高い吸収率と組み合わせると、特に 0.25 インチ未満の材料厚さの場合、CO2 レーザーの切断速度を大幅に上回る切断速度につながります。

ファイバー レーザー テクノロジーを使用すると、メーカーはレーザー生成モジュールを追加してこれらの工作機械の出力を向上させることができます。 (モジュール内では、半導体ダイオードから放射された光は、レーザーが生成されるまでイッテルビウムがドープされた光ファイバー内で励起されます。すべてのモジュールはアクティブなファイバーに接続され、その後、レーザービームの送信に使用されます。) そのため、最近のワット数の上昇は非常に急速に起こっています。純粋なテクノロジーの観点から見ると、電力を追加することは複雑ではありません。 実際、今日のファイバー レーザー溶接システムは、場合によっては 100 kW を超えることがあります。

製造業者が製造現場に 100 kW のシステムを設置していない理由は、ビーム照射システムがそれだけの電力を処理できないためです。 そのため、カッティングヘッドの設計において多くの研究が行われています。 各レーザー切断システムのメーカーは、厚い材料を切断する場合に起こりやすい過酷な切断条件に直面しても、ファイバー レーザー ビームを長時間照射できる信頼性の高い切断ヘッドの製造を目指しています。

近年、これらの工作機械メーカーは、切断中にビーム サイズを調整できる切断ヘッド光学系を開発しました。 この技術開発により、ファイバーレーザー切断機は単なる薄い金属板を切断するためのツールから脱却しました。 材料が厚くなるにつれて、溶融金属を除去できるようにより多くの切り込みを作成するには、より幅の広いビームが必要になります。

製造工場にとって高出力ファイバー レーザーが意味するもの製造工場にとって高出力ファイバー レーザーが意味するものでは、製造業者はどれくらい強力なファイバー レーザーを必要とするのでしょうか? 企業は、業務の 80% を占める一般的な厚さの範囲を確認する必要があります。 本当に薄いゲージの場合、15 kW のレーザーは必要ない可能性があります。 (たとえ工場に 15 kW のファイバー レーザーがあったとしても、出力を 6 kW に下げて、その薄い材料を非常に高速かつ低コストで切断します。)

窒素を使用して鋼、ステンレス鋼、アルミニウムなどの一般的な金属を切断するための一般的なルールをいくつか示します。

最大 9 ゲージ—6 ～ 8 kW

0.25 ～ 0.75 インチ—8 ～ 10 kW

0.75 インチ以上—8 ～ 15 kW

高性能の機械を備えた製造業者は、1 時間あたりにより多くの部品を生産でき、出力が上がるにつれて部品のコストが大幅に下がることに留意してください。 ただし、これはレーザー切断機が機械のパワーを最大化するのに十分な速度を持っている場合にのみ発生します。

ファイバーレーザー切断機の出力レベルが上がるにつれて、運用コストもおそらく上昇するでしょう。 一般に、出力を 2 倍にすると、レーザーの運用コストが 20 ～ 30% 増加します。 そのため、ファイバー レーザーがピーク効率で動作し、部品のサイクル タイムを短縮して高い運用コストを相殺できることが非常に重要です。 サイクルタイムを短縮することで、製造業者は変動費と固定費の影響を軽減し、収益性を高めることができます。

幸いなことに、ファイバーレーザーは高速で切断します。 展示会で彼らが金属板の上を上り下りする様子を見てください。 残念ながら、ほとんどの製造業者は長くて直線的な部品を切断していません。 小さな穴やユニークな幾何学的形状を切り取っています。 この現実では、製造業者は機械の線速度を活用するために高速加速を必要とします。

たとえば、32.2 フィート/秒/秒で加速する 1G マシンは、2 倍の速度で加速する 2G マシンのパフォーマンスを簡単に上回ります。 G が 2 倍になると、マシンはプログラムされた同じ速度に到達するのに必要な時間と距離が半分になります。

多くの場合、機械がコーナーやタイトなアークに入るまでの減速と加速できる速度は、レーザー出力や最大機械速度よりもサイクル タイムに大きな影響を与えます。 加速が重要です。

さらに詳しく説明するには、毎分約 2,250 インチの速度で切断できる 4 kW レーザーを使用して 20 ゲージのアルミニウムをレーザー切断する場合を考えてみましょう。 製造業者が 3 インチを切断している場合。 1G マシンと連携すると、4 kW レーザーは減速を開始する前に潜在的な切断速度まで加速することはありません。 一方、6G マシンは 3 インチのうち 2.4 インチの切断速度になります。 ライン。

切削効率について議論するときは、早送り速度と加速度に注目することも役立ちます。 これには、レーザーが使用されていないときの切断ヘッドの移動が含まれます。これは、各シートまたはプレート上での切断ヘッドの移動の約 15 ～ 25 パーセントになります。 12,000 IPM を超える高速な早送り速度を実現する機械では、高い早送り速度を利用するために高い加速が必要です。

現在提供されているパレット チェンジャーの多くは、ファイバー レーザーに比べて切断速度がはるかに遅い CO2 レーザーで動作するように設計されています。 油圧装置を使用している可能性が高く、シートの交換には 35 ～ 50 秒かかる場合があります。

最新のパレット チェンジャーはサーボ駆動テクノロジーを利用しており、10 秒以内にパレットを交換できます。 通常、製造作業で 1 時間に 6 ～ 10 回シートを交換する場合、最新のパレット チェンジャーを使用すると、1 週間に 1 ～ 2 時間のカット時間が追加される可能性があります。これは、低速のマテリアル ハンドリング技術では不可能な可能性があります。

パレット チェンジャー テクノロジを選択する際、製造業者は、処理する最も厚くて重い材料を処理できるテクノロジを選択する必要があります。 1 インチ、5 × 10 フィートプレートの重さは2,100ポンドです。 ほとんどの店舗では、2,200 ポンドのパレット チェンジャーが必要です。 容量は十分なはずです。 それを超える厚さのものには、より重い負荷を管理するように設計された頑丈なシステムが必要です。

すべての金属加工業者が高出力レーザーを必要とするわけではありません。特に、現在のレーザー切断機に負荷をかけるのに十分な作業がない場合はそうです。 たとえば、工場のレーザー切断の作業負荷が増加する見込みがなく、作業シフトの半分しか消費しない場合、作業負荷をシフトの 4 分の 1 に減らすためにより強力なレーザーにお金を払っても、良い利益は得られない可能性があります。投資について。

しかし、金属加工業者が現在のレーザー切断能力を最大限に活用し、さらに新たな変化を加えようとしているのであれば、間違いなく高出力レーザーに目を向けるべきです。 これは、古いレーザー技術を使用している場合に特に当てはまります。

今日の高出力ファイバー レーザー切断機は、2 つまたは 3 つの古いレーザーを置き換えることができます。 製造業者が信頼できる経験豊富なオペレーターを見つけるのに苦労している今、実際に高速で効率的なレーザーに投資し、必要なレーザーオペレーターの数を減らし、そのオペレーターを工場内の他の重要な仕事に配置することができます。

切断ヘッドとマテリアルハンドリング技術が出力の増加を補うことができれば、ファイバーレーザー切断機の出力は引き続き向上します。 これらの貪欲な切断機に電力を供給できれば、製造業者はその電力を活用することになります。 素材が厚くても薄くても関係ありません。

Brian Kent は、Eagle ファイバー レーザーの販売代理店である Fairmont Machinery (833-667-7889、[email protected]、www.fairmontmachinery.com) の共同創設者です。