Témata
Zdroj: Kimla

Kolik energie spotřebují lasery?

Vysoké náklady na energie představují jeden z rozhodujících aspektů konkurenceschopnosti podniku. Energetická účinnost strojů a zařízení je proto z pohledu výrobního podniku naprosto klíčová. Nižší spotřeba elektrické energie snižuje provozní náklady výrobního závodu. Jak je na tom z tohoto pohledu laserové řezání kovových materiálů?

Tento článek je součástí seriálu:
Vláknové lasery
Díly
Reklama

Obecně rozšířeným názorem je, že řezací lasery jsou velmi náročné na spotřebu energie během provozu. V minulosti tomu tak skutečně bývalo. K napájení CO2 laseru o výkonu 6 kW bylo potřeba až 100kW napájení. To bylo způsobeno především nízkou energetickou účinností CO2 laserů (7 %), vyplývající z fyzikálních omezení tohoto typu rezonátoru a ze ztrát ve vysokofrekvenčním generátoru, jenž se používá k jeho napájení. Při takto vysokých ztrátách je navíc potřeba velmi účinný chladicí systém, který spotřebuje také hodně energie.

Nejekologičtější vláknové lasery

Poté přišly na trh pevnolátkové lasery. Nejoblíbenější jsou lasery diskové a vláknové. Oba tyto typy laserových zdrojů využívají k napájení hlavního rezonátoru laserové diody a nabízejí mnohem vyšší účinnost. V případě diskových laserů si řezací stroj o výkonu 6 kW vystačí již s polovičním výkonem CO2 laseru. Stále se však jedná o úroveň kolem 50 kW. Teprve vývoj vláknových laserů přinesl obrovský skok v účinnosti a umožnil snížit spotřebu energie až čtyřikrát.

Diskové lasery s velkými ztrátami

Diskové lasery jsou lasery s otevřenou dutinou. To znamená, že světlo v rezonátoru, opouštějící aktivní médium (v tomto případě disk ze speciálního aktivního skla), prochází hranicí prostředí – nejprve ze skla do vzduchu, poté po odrazu od zrcadla zpět přes hranici prostředí ze vzduchu do skla. Tento proces probíhá opakovaně. Pokaždé, když světlo projde hranicí média, se část světla rozptýlí a část se odrazí, což mimo jiné vede ke ztrátám, které omezují účinnost rezonátoru.

Staré, převodové pohony jsou stále častěji nahrazovány magnetickými pohony lineárními. (Zdroj: Kimla)

Účinnost 50 %

Nejnovější generace vláknových laserů využívá technologii all-in-glass. U tohoto typu laseru světlo rezonuje uvnitř aktivního vlákna a neopustí sklo, dokud paprsek nedosáhne hlavy. Díky tomu, že médium neprochází přes hranici, jsou eliminovány ztráty, což výrazně zvyšuje účinnost, která pak dosahuje 50 %.

Hospodárnější magnetické lineární pohony

Energii však během provozu nespotřebovává pouze laserový zdroj. Důležité jsou v tomto ohledu také pohony os CNC laseru. I v této oblasti došlo v posledních letech k velkému pokroku, protože staré, převodové pohony jsou stále častěji nahrazovány magnetickými pohony lineárními.

Standardní pohony os jsou nejlevnější

Standardní pohony os laserů na řezání plechu jsou obvykle ozubené tyče s ozubeným kolem, které je poháněno planetovým převodem. Toto řešení je nejlevnější, ale vzhledem ke kontaktní podstatě takového pohonu se styčné plochy ozubení opotřebovávají a v důsledku tření vytvářejí odpor. Kromě opotřebení styčných ploch – což vede ke stále větší vůli – spotřebovávají tyto pohony také velké množství energie, která je nezbytná k překonání odporu při pohybu.

Lineární pohony s řadou výhod

Moderní, magnetické lineární pohony jsou novou generací pohonů a oproti pohonům převodovým mají významné výhody. Především jsou výrazně rychlejší. Je to proto, že motor, který pohání ozubené převody, nemá omezené otáčky. Navíc jsou lineární pohony mnohem přesnější, protože nemají žádnou vůli. U ozubených převodů mohou hodnoty vůle dosahovat až 0,1 mm, lineární pohony však mají díky rozlišení až 1 nm mikrometrickou přesnost.

Reklama
Reklama
Reklama

Bezkontaktní a bezúdržbové

Lineární pohony se neopotřebovávají, protože pracují bezkontaktně. Kromě toho jsou bezúdržbové, nevyžadují kalibraci ani přenastavování vůle. K jejich nesporným výhodám patří i schopnost rekuperace energie při brzdění, což umožňuje dosáhnout dalších energetických úspor. Až dosud měly lineární pohony jednu zásadní nevýhodu. Byly velmi drahé – především kvůli malému podílu na trhu a omezené výrobě. Protože lasery vybavené lineárním pohonem jsou pro masový prodej příliš drahé, mnoho výrobců řezacích laserů stále používá ozubené převody.

Magnetické lineární pohony

Společnost Kimla je prvním výrobcem vláknových laserů na světě vyrábějícím vlastní magnetické lineární pohony. Zkrácením řetězce zprostředkovatelů a optimalizací výrobních procesů se společnosti podařilo dosáhnout svého cíle poskytovat stroje vybavené špičkovými pohony již ve standardu, bez jakýchkoli příplatků. I nejjednodušší a nejlevnější modely laserů Kimla jsou dnes vybaveny lineárními pohony ve všech osách.

Světový rekord v úsporách

Díky použití nejnovější generace vláknových laserů a díky pohonům, které umožňují rekuperaci energie při brzdění, si řezací lasery Kimla s výkonem 6 kW vystačí s příkonem 25 kW. Naproti tomu průměrná spotřeba energie během provozu je 16 kW – a to je pravděpodobně světový rekord v úsporách.

• CO2 lasery se vyznačují relativně nízkou energetickou účinností;

• Vláknové lasery spotřebují až čtyřikrát méně energie než lasery CO2;

• Spotřebu energie ovlivňuje nejen laserový zdroj, ale také pohon os řezacího laseru;

• Ozubené pohony jsou levnější, ale na překonání odporu spotřebují více energie;

• Lineární pohony mají více výhod: jsou rychlejší, přesnější a umožňují rekuperaci energie při brzdění.

Související články
Nejrychlejší vláknové lasery se rodí v Polsku

V severní části Slezského vojvodství, asi hodinu a půl cesty autem po dálnici z Ostravy, leží čtvrtmilionové město Čenstochová. V tomto městě sídlí významný výrobce obráběcích strojů, společnost Kimla. Distributorem strojů této značky na českém a slovenském trhu je brněnská firma KM CNC, s jejímiž zástupci jsme výrobní závod společnosti Kimla navštívili.

Vláknové lasery:
Pohony a konstrukce stroje

Rychlý technologický pokrok v posledních 50 letech klade stále vyšší požadavky na kvalitu a preciznost výroby, ale také na produktivitu. To vyžaduje neustálý vývoj, inovace a implementaci nových poznatků do konstrukce obráběcích strojů. Důležitými faktory pro dosažení přesnosti obrobku a zabezpečení jeho stabilní kvality jsou zpracování samotné konstrukce stroje a volba pohonů stroje.

Výkonné CNC lasery

V letošním roce vstoupil na český trh nový evropský producent laserových řezacích CNC strojů, společnost Kimla, která však v tomto oboru není žádným nováčkem. Na trhu s laserovým řezáním dominuje jenom hrstka zavedených výrobců, jimž přichází konkurovat účastník s vlastní výraznou značkou strojů, které nabízejí vysokou technologickou úroveň a výkon. V České republice výrobce zastupuje společnost Kimla CNC se sídlem v Brně.

Související články
Výbava laseru

Řezání kovů pomocí laserové technologie umožňuje provozovatelům laserových strojů díky jejich rychlosti a efektivitě dosahovat poměrně vysokých zisků. Pořízení laserové technologie je v posledních letech velmi dobrou investicí jak pro podniky s vlastní výrobou, tak i v případě pořízení stroje pro kooperaci. Pro dosažení požadované kvality řezu a efektivity stroje je však důležitá správná výbava laserového stroje.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Inovativní firma pořizuje nový vláknový laser

Mělnický výrobní závod akciové společnosti Erwin Junker Grinding Technology patří do skupiny předního světového výrobce CBN vysokorychlostních brousicích strojů Junker. Tato firma nyní rozšiřuje své technologie a investuje do nového vláknového laseru Kimla LS2040.

Výrobní laserové technologie

Výrobní laserové technologie lze dělit mnoha způsoby-, podle použitého výkonu, délky pulzu nebo interakce s materiálem. Nejjednodušší způsob rozdělení laserových technologií je do tří skupin: dělení a odebírání materiálu, spojování materiálu a úprava povrchu materiálu. Vzhledem k rozmanitosti využití laseru není toto dělení zcela jednoznačné a existuje několik dalších technologií, které se nacházejí mezi těmito kategoriemi.

MSV ve znamení svařování i zpracování plechů

Na letošním MSV v Brně se setkají i výrobci špičkových zařízení pro svařování a strojů pro zpravování plechů. Na naše otázky odpovídají Taťána Malá, jednatelka společnosti JC-Metal, a Jaroslav Pavlů, majitel firmy Presstechnik.

Zcela jiné možnosti s aditivními technologiemi

Nadnárodní společnost General Electric napříč všemi svými dceřinými společnostmi neustále prohlubuje obrovské know-how. Vlastní zkušenosti s vývojem aditivně vyráběných částí zejména pro potřeby leteckého průmyslu přesahující již dvě dekády daly podnět ke vzniku zákaznického centra. GE Additive otevřela v roce 2017 zákaznické centrum (Customer experience center – CEC) kousek od Mnichova, kde firmám nabízí pomoc s nelehkými začátky s aditivními technologiemi.

Mít vůli i trpělivost

Zaměstnanec v socialistickém strojírenství, poté na vedoucích místech v První brněnské strojírně Velká Bíteš a Ekol Brno. Před odchodem do důchodu se věnoval konzultační činnosti v energetice. To lze stručně říci o Ing. Lubomíru Doležalovi. O tom, že prosazovat inovativní změny za socialismu nebylo nic snadného, by mohl psát romány...

S MES systémy k vyšší efektivitě

Další konference z produkce společnosti Controller Institut, která se věnuje vzdělávání v oblasti controllingu a podnikových financí, s názvem Výroba v detailu se konala v Plzni a účastníkům vedle hodnotného programu v přednáškové sekci byl umožněn také vstup do výrobních prostor společnosti Doosan Škoda Power. Konference je primárně určena výrobním ředitelům a manažerům, technickým ředitelům či mistrům výroby, kterým představuje řešení pro efektivní řízení výroby ale také např. zaměstnanců.

Strojírenské fórum 2018: Inteligentní výroba

Další z již tradičních setkání odborníků (nejen) z oblasti výroby – podzimní Strojírenské fórum – se odehrálo 8. listopadu, tentokrát v prostorách Ústavu výrobních strojů a zařízení a RCMT FS ČVUT v Praze.

V nejisté době je univerzálnost řešením

Automatizace průmyslových procesů řeší problémy s nedostatkem kvalifikované pracovní síly, nahrazuje fyzicky namáhavou či zdravotně škodlivou činnost, snižuje chybovost lidského faktoru, zkracuje výrobní časy a v konečném důsledku přispívá ke zvýšení kvality a zisku. Nejen toto je pro ředitele společnosti Acam Solution Ing. Pavla Bortlíka a jeho tým motivace, ale i zábava. Za relativně krátkou dobu na trhu se firma stala, ať už napřímo, či přes své obchodní partnery, dodavatelem společností jako Volkswagen, Toyota, Olympus, Škoda Auto, Edwards, TE, BOSH, Heinze Gruppe, Woco STV či Fanuc a nyní přichází s řešením vhodným nejen pro velké výrobce, ale také pro malé a střední podniky – s univerzální robotickou buňkou HXG. Důležitým komponentem v této buňce je mimo jiné systém pro upínání nulového bodu VERO-S od společnosti Schunk.

Jak se stát leaderem ve výrobě důlního zařízení

Moravská společnost Ferrit, s. r. o., se za 25 let působení v těžařském průmyslu stala světovou firmou v projektování a výrobě důlní závěsné dopravy. Zároveň je průkopníkem v oblasti vývoje a výroby důlních akumulátorových lokomotiv a jako jediná na světě vyrábí speciální lokomotivu, tzv. lokobagr, pro údržbu a čištění kolejové tratě a prostoru kolem kolejiště v hlubinných šachtách. Jejich stroje pracují v uhelných a rudných dolech napříč všemi kontinenty.

Fotonika - klíč k technologickému rozvoji

Vynález laseru, optických vláken a polovodičových optických součástek výrazně zvýšil význam využití optiky pro moderní technologie. Byl to také impulz pro rozvoj mladého vědního oboru – fotoniky –, který se zabývá vlastnostmi a metodami využití fotonů. Místem, kde si odborníci z těchto tří na sobě závislých oborů – optika, elektronika a fotonika – sdělují svá know-how a sdílejí své úspěchy, se každoročně stává nejvýznamnější světový veletrh optických a laserových technologií Laser World of Photonics. I letos jej koncem června na mnichovském výstavišti doprovázel světový kongres World of Photonics congress.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit