Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> 3D a 2D laserové stroje
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

3D a 2D laserové stroje

7. března 2001 byla uveřejněna zpráva o významném akvizičním kroku italské firmy Prima Industrie. Tato firma získala od americké společnosti GSI Lumonics výrobu 3D laserových obráběcích strojů Laserdyne v Maple Grove (Minneapolis,USA).

Původní společnost Prima U.S., Inc., po provedené akvizici změnila svůj název na Laserdyne Prima, Inc. Vznikl tak silný dodavatel schopný uspokojit širokou poptávku segmentu 3D víceosých a 2D laserových strojů. Dle očekávání by měl obrat v roce 2001 dosáhnout 200 mld. lir s vyváženým prodejem na americkém i evropském kontinentě. Podíváme-li se na typické oblasti aplikací a na popis spojených produktových řad, zjistíme, že velmi dobře pokrývají poptávku.

Aplikace v leteckém průmyslu

Pro vysoce náročné aplikace v leteckém průmyslu, jako je například výroba částí leteckých motorů, je vyžadován stroj s vysokou přesností a opakovatelností stopy paprsku v celém pracovním prostoru. Jsou požadovány navíc malé poloměry řezů a otvorů, řádově v oblasti 1 ÷ 2 mm, vrtání otvorů, kde vstup paprsku může být i pod ostrým úhlem k povrchu dílu. Zpracovávají se vysoce kvalitní materiály, prostorové povrchy bývají složité, řez bývá i obtížně přístupný. Povrch může být pokryt termálně izolující vrstvou, která se nesmí porušit v oblasti vstupu a výstupu paprsku. Prostor vymezený krychlí o hraně 1 m by mohl být obálkou pro velikost významné části produkce. Mohou se však vyskytnout i dlouhé konstrukční díly.
Typické aplikace:
  • řezání - spalovací komory, tepelné kryty leteckých motorů, 300 ÷ 500W Nd:YAG laser s vysokým výkonem v pulzu, cca 30 kW;
  • vrtání otvorů malého průměru, s ostrým úhlem k povrchu ve spalovací komoře motoru, 300 ÷ 500W Nd:YAG laser s vysokým výkonem v pulzu, cca 30 kW;
  • lopatky a otvory pro lopatky turbín leteckých motorů.
  • Pro takové aplikace se používá pěti- nebo šestiosý 3D stroj s laserovým zdrojem Nd:YAG o vlnové délce v 1,06 (m. Průměrné výkony jsou do 500 wattů, avšak špičkový výkon pulzu je v desítkách kilowatů, a to zejména pro vrtání. Pro převážně symetrické rotační tvary je pravidlem použít vhodný rotační stůl. Jsou kladeny velké požadavky na kvalitu paprsku a tvar pulzu. K dispozici bývá výměnný kit pro modifikaci optické dráhy v laseru pro zvýšení kvality paprsku i za cenu mírného snížení průměrného výkonu. Poměr technologického a režijního času je spíše ve prospěch času technologického. Rychlosti řezání a produktivita bývají poněkud nižší ve srovnání s lasery CO2.

    Aplikace v automobilovém průmyslu

    Pro automobilový průmysl je častou aplikací řezání a svařování 3D karosářských dílů s vysokou produktivitou. Rozměry bývají řádově přes 1 m. Další oblastí je svařování dílů karoserie při její kompletaci, přičemž je třeba dosahovat vyšší produktivity a pohybu v prostoru řádově srovnatelném s rozměry hotového vozu. Laserů se používá také ke svařování a řezání menších dílů (tlumičů, výfuků...), popřípadě i k jiným technologiím, např. k povrchovému kalení atd.
    Typické aplikace:
  • svařování střešních švů karoserie pro zvýšení tuhosti, 2 ÷ 6kW CO2 laser;
  • řezání a svařování podběhů pro vysokou kvalitu, 1 ÷ 6kW CO2 laser;
  • řezání karoserie, 1,5 ÷ 2kW CO2 laser (300 ÷ 500W Nd:YAG laser);
  • svařování výlisků a dílů pro zvýšení tuhosti, 2 ÷ 6kW CO2 laser;
  • svařování dveří a řezání dveřních výztuží, 2 ÷ 6kW CO2 laser;
  • svařování ozubených kol pro vysokou kvalitu a produktivitu, 2 ÷ 6kW CO2 laser;
  • svařování zdvihu ventilů, 2 ÷ 6kW CO2 laser;
  • řezání a svařování výfuků a výfukových potrubí, 2 ÷ 6kW CO2 laser (300W Nd:YAG laser);
  • řezání a svařování vnitřních dílů stropu, 150W Nd:YAG laser;
  • řezání a perforování airbagů, 1 ÷ 2kW CO2 laser;
  • výroba prototypů, 1,5 ÷ 2kW CO2 laser (300 ÷ 500W Nd:YAG laser).
  • Pro takové aplikace je tedy používán pěti- nebo šestiosý 3D stroj s laserovým zdrojem CO2 o vlnové délce 10,6 (m s vyšším výkonem, cca 1,5 ÷ 6 kW. Pro dosažení dobrého poměru technologického času a času režijního je třeba vyvinout jisté úsilí pro optimální uspořádání pracoviště a cyklu. Např. do pracovního prostoru se umísťuje v dávce několik výrobků, což vyžaduje větší rozměry pracovního prostoru, popřípadě jsou výrobky podávány do pracovního prostoru jednoúčelovým zařízením. Cyklus je potom přerušovaný nebo - pokud laserový stroj pracuje střídavě na několika pracovištích nepřetržitě - nepřerušovaný. Pro některé aplikace je vhodný i Nd:YAG laser. Paprsek je přiveden vláknem k robotem nesené svařovací, případně řezací hlavě. Je možné rovněž přivádět výkon laseru CO2 uzavřenou trubkovou soustavou s klouby a zrcátky, využít univerzálnosti robota pro špatně dostupná místa či spolupráce několika robotů najednou na malém prostoru. Vedení paprsku, udržování fokusační vzdálenosti vzhledem k rozměrům dílů a možným tolerancím prostorových plechových dílů je zvláštní kapitolou, používá se zejména vedení kladkou. Rychlost interpolace a přesnost robota lze zvýšit použitím speciální řezací hlavy, která nejen udržuje vzdálenost trysky od povrchu, ale i polohuje paprsek při řezání malých kruhových otvorů, zatímco robot zůstává nehybný.
    Všeobecné použití
    Pro všeobecné použití k řezání 2D plechů a plochých materiálů se používají spíše laserové zdroje CO2 s výkony 1,5 až 5 kW. Velikost stolů je standardizována od cca 1 x 2 m, délka však může být až 6 m. Stroje mohou být podle požadavků na produktivitu vybaveny zařízením pro manipulaci s materiálem, např. výměnnými stoly, jeřáby, automatizovanými zásobníky materiálu atd. Jedná se v zásadě o standardní vyladěná a optimalizovaná řešení s vysokým výkonem.

    Laserové stroje

    Na uvedené oblasti se soustřeďuje svými produktovými řadami společnost Prima, zatímco zmíněná GSI Lumonics bude zřejmě nadále leadrem hlavně v oblasti polovodičů a mikroelektroniky. Přitom lze očekávat, že bude docházet k postupné unifikaci obou produktových řad a k využívání jednotných řešení. Níže je uveden přehled nejzajímavějších strojů obou produktových řad. Další silnou stránkou společnosti Prima je výroba průmyslových laserů.

    Přehled laserových strojů Laserdyne

    Jedná se o Nd:YAG (popř. CO2) lasery se systémem řízení 94W/PC. Stroje mohou být volitelně vybaveny rotační hlavou.
  • Laserdyne 180 nachází použití pro řezání, vrtání a svařování pro výrobu a vývoj. Osy: X, Y, Z, rozsah os: 300 mm, 300 mm, 150 mm.
  • Laserdyne 350 se používá pro řezání, svařování, vrtání 3D i 2D tvarů ve výrobě polovodičů, v odvětví elektroniky i výroby lékařských přístrojů. Osy: X,Y, Z, rozsah: 600 mm, 450 mm, 450 mm.
  • Laserdyne 550 je určen pro přesné řezání 3D dílů, vrtání válcových a tvarových děr. Osy: X,Y, Z, D, rot. A, rozsah: 914 mm, 635 mm, 610 mm, ±135°, 360°. K polohování a dopravě paprsku je použit BeamDirector s přímým pohonem.
  • Laserdyne 790 je určen pro letecký, automobilový průmysl. Osy: X, Y, Z, D, C, rozsah: 1000 mm, 750 mm, 750 mm, ±135°, ±450°. K polohování a dopravě paprsku je použit BeamDirector s přímým pohonem. Je zaručena prostorová přesnost.
  • Laserdyne 890 - stroj s pohybující se mostovou konstrukcí, která poskytuje možnost nastavit osu Y až do délky 14 m. Stůl je možno úplně odstranit a do pracovního prostoru přivézt obráběný díl. Osy: X, Y, Z, D, C, rozsah: 2400 mm, 1800 mm, 900 mm, ±135°, ±450°. K polohování a dopravě paprsku je použit BeamDirector s přímým pohonem.
  • Přehled laserových strojů Prima
    Většinou jde o CO2 lasery, případně u řady Gemini také o Nd:YAG lasery. Rovněž stroje Prima mohou být vybaveny rotační hlavou.
  • Gemini 3 axis je laserový stroj pro použití v průmyslu, pro řezání plastů i kovů. Osy: X, Y, Z, rozsah os: 300 (resp. 600) mm, 300 (750) mm, 250 mm, řízení: PC-controller, pracující pod Windows.
  • Gemini Model H je laserový stroj s vysokou přesností. Osy: X, Y, Z, B, C, rozsah: 350 mm, 350 mm, 350 mm (resp. 600 mm, 750 mm, 250 mm), +135°, ±360°, řízení: PC-controller, pracující pod Windows NT.
  • Domino 1325 je stroj určený pro 2D a 3D aplikace. Řeže plechy i tvarované díly do výšky 160 mm. Je založen na konstrukci s pohyblivým mostem a vyznačuje se vysokou výkonností. Osy: X, Y, Z, A, B, rozsah: 2500 mm, 1250 mm, 370 mm, 360°, ±120°, řízení: PrimaCH-9000L CNC, 32 bit Windows NT.
  • Optimo má portálovou konstrukci a jedná se o největší stroj určený pro výrobu karoserií nebo pro letecký průmysl. Osy: X, Y, Z, A, B, rozsah: 3500 (popř. 4500) mm, 2500 mm, 920 mm, 360°, ±120°, 6. osa adaptivní. Řízení: PrimaCH-9000L CNC, 32 bit Windows NT.
  • Rapido je pětiosý stroj pro práci s díly střední velikosti, 6. osa je adaptivní. Konstrukce je založena na nosníku, který lze úplně odsunout z pracovního prostoru. Osy: X, Y, Z, A, B, rozsah: 3200 mm, 1525 mm, 600 mm, 360°, ±120°, řízení: PrimaCH-9000L CNC, 32 bit Windows NT.
  • Platino je určen pro 2D řezání plechů. Konstrukce je založena na konzolovém nosníku. Osy: X, Y, Z, rozsah: 2500 mm, 1250 mm, 150 mm nebo 3000 mm, 1500 mm, 150 mm, řízení: PrimaCH-9000L CNC, 32 bit Windows NT.
  • Laser Work Gold 2040 je určen hlavně pro 2D řezání kovových plechů. Základem je mostová pohyblivá konstrukce. Osy: X, Y, Z, rozsah: 4000 mm, 2000 mm, 150 mm, řízení: PrimaCH-900L CNC, 32 bit Windows NT.
  • Další články

    Obráběcí stroje a technologie
    Nekonvenční technologie

    Komentáře

    Nebyly nalezeny žádné příspěvky

    Sledujte nás na sociálních sítích: