Témata
Reklama

Laserové technologie na Laser 2001

Nedávný mnichovský veletrh laserové techniky a optoelektroniky Laser 2001, který je vždy po dvou letech přehlídkou světové špičky laserové techniky a zároveň i místem k zamyšlení nad budoucím vývojem a uplatněním laserů, potvrdil nebývalý rozvoj jak výroby samotných laserů, tak i jejich aplikací.

Vysokou dynamiku růstu tohoto oboru ovlivňuje především uplatnění laserů u informačních a telekomunikačních technologií, ale pokud jde i o průmyslové technologické lasery a laserové systémy, dosahovaly poslední roční přírůstky přibližně v průměru kolem 20%, což značně převyšuje tempo rozvoje ostatních oborů a technologií.
Reklama
Reklama
Reklama

Směry vývoje

Na veletrhu Laser 2001 se představilo 925 přímých vystavovatelů ze všech průmyslově vyspělých zemí, které mají s laserovou technikou co do činění. V oblasti technologických laserů vyšších výkonů je možné spatřovat směry jejich dalšího vývoje vedle sledování výkonových parametrů stále více i v cestě sledování vyšší kvality výstupního paprsku. U plynových CO2 laserů přitom nízkými provozními náklady a vysokou spolehlivostí se osvědčují zvláště neprůtočné difuzně chlazené lasery, které má ve své nabídce řady DC až do výkonu 3,5 kW například firma Rofin-Sinar. Umístění zásobníku plynu přímo v hlavě laseru usnadňuje celkovou manipulaci laserového systému, přičemž obsah desetilitrového zásobníku postačí na jeden rok třísměnného provozu. Vysoká kvalita paprsku pak dovoluje využívání řady DC nejen pro svařování, ale i pro řezání při úzké stopě řezu a vysokých rychlostech.

Pevnolátkové YAG lasery

Intenzivním rozvojem prochází i vývoj pevnolátkových YAG laserů. Tak jako Rofin (dnešní společenství Rofin Gruppe zahrnuje vedle firmy Rofin-Sinar i další výrobce laserů Baasel Lasertech, Wegmann Baasel a Dilas), tak i Trumpf Gruppe ve své dceřiné firmě Haas Laser (navíc je v Trumpf Gruppe i část firmy Jenoptik s diodovými výkonnovými lasery) jdou cestou zkvalitňování jakosti výstupního paprsku přes diodou čerpané klasické pevnolátkové lasery až k laserům kotoučovým a slab-laserům. Haas Laser tak už předvedl na veletrhu představitele řady diodou buzených Nd:YAG laserů, kde se dosahuje trvalého výstupního výkonu až 6 kW a prototyp 1kW kotoučového Yb:YAG laseru. Obdobná je i posloupnost kvality laserového paprsku. Každá novější varianta technologické podstaty laseru zatím představuje vyšší investiční náklady pro uživatele, a tak jeho volba často zůstává u klasických Nd:YAG laserů s buzením kryptonovou nebo xenonovou výbojkou, které pro řadu technologií přinášejí ve vztahu k ceně uspokojivé výsledky.

Průmyslové aplikace

Mezi zajímavé nasazení takových Nd:YAG laserů od firmy Haas Laser patří třeba jejich užití při svařování první celohliníkové, sériově vyráběné karoserie vozu Audi 2, kde bylo pro celkovou délku všech svarů 30 m u jednoho vozu užito 12 Nd:YAG laserů s výkonem po 3 kW. Při svařování se zde dosahuje rychlosti od 2 do 6 m/min, přičemž ale maximální rychlost svařování ovlivňuje spíše než vlastní laserová technologie omezená pohybová kinematika robotu.
Ale i tady je řešení. Na veletrhu Laser 2001 je předvedl Fraunhofer Institut IWS u robotizovaného pracoviště Lasertronic pro navařování trubek s obdélníkovým průřezem do trubkovnic chladiče spalin dieselových motorů. Možné je zde použít jak Nd:YAG laseru, tak i CO2 laseru s optikou s rozmítaným paprskem, kdy optika soustavy a tedy i zaostřený laserový paprsek vykonávají i vlastní "mechanický" pohyb v dostatečném rozsahu a téměř bez limitu na požadavek rychlosti. Metoda je už aplikována i při sériové výrobě chladičů u firmy Behr GmbH a dosahuje se při ní rychlosti svařování i přes 10 m/min.

Laserové pájení

Ne vždy je však nutné používat ke spojování dílů karoserií hned svařování, což s sebou může přinášet i určité nebezpečí deformace dílů nadměrným ohřevem. U některých pozinkovaných dílů karoserie postačuje při dostatečné pevnosti spoje laserové pájení natvrdo, které se při prvních aplikacích provádělo pevnolátkovým Nd:YAG laserem. Takový postup volila kupříkladu automobilka VW při spojování některých zadních dílů karoserie vozidla VW Bora. Při dostatečném výkonu diodových laserů se ve Fraunhofer Institutu IPT osvědčilo používat pro tvrdé pájení především těchto laserů, kde obdélníkový profil paprsku lépe slouží pro předehřev pájeného spoje než kruhový profil paprsku laseru pevnolátkového. V současné době se 4kW diodovým laserem od firmy Erlas pájí natvrdo některé díly karoserie vozidla Audi TT. Tím, že při pájení nedochází k natavení základního materiálu, nedochází i k nebezpečí vzniku koroze spoje, přičemž je možné při pájení používat i některého ochranného plynu.

Diodové lasery

Polovodičové výkonové diodové lasery se dnes při svých výkonech až kolem 6 kW (Jenoptik, Rofin, Laserline, Erlas) prosazují prakticky už do všech průmyslových technologií, které ještě donedávna příslušely pouze plynovým CO2 nebo pevnolátkovým Nd:YAG laserům. Vedle vysoké účinnosti patří mezi jejich přednosti i vysoká životnost, malé rozměry a v neposlední řadě i "nepotřeba" žádného vysokonapěťového stupně, což je předurčuje zvláště pak pro vestavbu do různých laserových, povětšině robotizovaných systémů. V tom smyslu lze očekávat jejich užití i u laserových technologií kombinovaných s vodním paprskem, které vyvíjí Institut für Angewandte Optik z Technické vysoké školy v Lausanne. Vodní paprsek může vést paprsek laseru v podstatě stejným způsobem, jako jej vede optické vlákno, a přitom obrobek chladí. V současné době se tento způsob využívá na řezání křemíkových čipových plátků, kde nahrazuje řezání diamantovým kotoučem při podstatně vyšších rychlostech řezání i kvalitě řezu. Prozatím byl zde sice použit pevnolátkový Nd:YAG laser, ale při dalším rozvoji této metody se už počítá s výkonovými diodovými lasery s daleko menší požadovanou zástavbou.
Obdobný dynamický rozvoj, jaký předpokládá vývoj laserové techniky u výkonových diodových laserů, očekává i lasery excimerové (Lambda Physik, LPKF, TUI Laser), které pro svou krátkou vlnovou délku, kdy poskytují opracování s mimořádně ostrými okraji, se stávají nepostradatelným nástrojem mikrolitografických postupů v elektronice a mikroobrábění vůbec.
Čest českého průmyslu, kde laserová technika má svou dlouhou tradici a ani dnes není bez výsledků (vzpomeňme třeba jen na úspěchy v laserové měřicí technice na Fakultě jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT nebo na některé novinky, a to i v oboru technologických laserů, pražské firmy MediCom), zachraňovala na veletrhu v roli vystavovatele jen s. r. o. Crytur - následník turnovského výrobce monokrystalů.
Na odpověď, zda využijí naše firmy veletržní nabídky příště lépe, si musíme dva roky počkat. Další ročník veletrhu Laser se koná v Mnichově od 23. do 27. června 2003.
Reklama
Vydání #10
Kód článku: 11017
Datum: 10. 10. 2001
Rubrika: Trendy / Spojování a dělení
Autor:
Firmy
Související články
Aktuální možnosti v laserovém svařování

Laserové svařování lze v dnešní době považovat za velice moderní technologii. Vysoké svařovací rychlosti, štíhlý svar a z toho plynoucí výhody jsou pozitiva, která umožnila začlenění této metody do progresivních výrobních technologií. Tento článek si klade za cíl představit aktuální možnosti laserových svařovacích technologií.

Obrábění laserem pro všechna odvětví

Od doby, kdy byl objeven a vyroben první laser roku 1960, se uplatnění laserů rozšířilo téměř do všech oborů lidské činnosti. Dnes se s lasery setkáváme téměř všude ? ve zdravotnictví, potravinářství, stavebnictví a logicky i ve strojírenství. Velice často se lasery uplatňují v procesech zpracování a obrábění materiálů jako výrobní nástroje. Oblibu si získaly díky svým schopnostem rychlého procesu obrábění, minimální hlučnosti, vysoké flexibilitě, minimálnímu tepelnému ovlivnění okolního materiálu a dalším.

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.

Související články
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
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Pokročilé metody laserového svařování

V současné době existují nové metody laserového svařování, které dále zlepšují základní metodu. V současné době existují nové metody laserového svařování, které dále zlepšují základní metodu. Podstatou nových metod je laserová hlava obsahující systém dvou vychylovacích zrcadel doplněných speciální optikou. Díky tomu lze laserovým paprskem velice rychle přebíhat v dané ploše. Svařování s touto hlavou se nazývá skenerové svařování. V provedeném experimentu byla demonstrována významná časová úspora při využití této metody oproti svařování běžnou svařovací hlavou vedenou robotem. Druhou metodou, opět využívající vychylování laserového svazku zrcadly, je svařování s rozmítaným svazkem. U této metody dochází kromě posuvové rychlosti k mikropohybu laserového svazku podél svařované trajektorie. Řízením parametrů mikropohybu můžeme měnit jak šířku závaru, tak i mikrostrukturu svaru, jak je opět předvedeno v rámci několika experimentů.

Laserová svařovací buňka, která promíjí nepřesnosti v plechu

Vstup do oblasti laserového svařování se stává snadnějším než dříve díky tolerantnímu laserovému svařování metodou FusionLine a balíčku pro náběh výroby. Nové konstrukční prvky a softwarové komponenty zjednodušují obsluhu.

Laserová technologie Platino pro každého

Nová verze fiber laseru Platino od italského výrobce Prima Power je jeden z nejúspěšnějších produktů z celého portfolia společnosti. 2D laser postavený na více než konsolidované platformě ze syntetického granitu má na kontě více než 2 000 instalací po celém světě. Stroj byl vybaven a aktualizován důležitými technologickými inovacemi, které přispívají k tomu, že je ještě rychlejší, spolehlivější a produktivnější.

Harmonizace ve svařování

Mezinárodní harmonizace norem a pravidel pro svařování je důležitá z mnoha důvodů. Primárním důvodem je skutečnost, že svařování je považováno za "zvláštní proces" (EN ISO 9001), při kterém nelze zcela zjistit jakost po skončení procesu inspekcí, ale jakost musí být sledována před i v průběhu celého procesu svařování.

Autogen, plazma či laser?

Ať ve strojírenském, elektrotechnickém, potravinářském, chemickém či důlním průmyslu, nebo ve stavebnictví, zemědělství a mimo jiné také při výrobě dekoračních předmětů, tam všude nacházejí uplatnění CNC stroje pro termické dělení materiálů.

Revoluce ve svařování laserem

Nejnovější technologie firmy Trumpf BrightLine Weld pro pevnolátkové lasery umožňuje svařování s nízkým rozstřikováním při rychlostech pohybu, které lze v dnešní době dosáhnout pouze pomocí CO2 laserů. BrightLine Weld umožňuje svary s částečným průvarem pro svařence s přenosem síly nebo svary s úplným průvarem pro svařování trubek a profilů. Tato technologie umožňuje výrazné zvýšení produktivity a energetické účinnosti. Vysoce kvalitní svarové švy se projevují vysokou mechanickou pevností vyrobených dílů. Minimalizované rozstřikování snižuje znečištění obrobku, upínacích zařízení a rovněž optiky. Výsledkem je zkrácení prostojů stroje, méně oprav dílů, vysoká životnost pracovní optiky a následkem toho podstatné snížení nákladů.

Řezání vysokým tlakem

Pro řezání drobných a kompletních tvarů kombinovaných (složených) materiálů nebo oceli používá řada podniků řezání vysokoenergetickým kapalinovým paprskem s abrazivem. Na trhu jsou nyní nabízeny tři rozdílné stroje, od základního modelu až po vysoce rychlostní variantu.

Oscilující paprsek laseru pracuje přesněji

Univerzálním nástrojem naší doby je laser, kterým je možné bezdotykově opracovávat téměř všechny materiály. Ještě lépe a přesněji se podaří materiály řezat nebo gravírovat, když paprsek laseru kmitá.

Metody spojování využívající principy plastické deformace

Součástí automobilů je množství nejrůznějších dílů, k jejichž výrobě se používají různé technologické procesy a široké spektrum materiálů. Technologie jako svařování, lepení a mechanické spojování jsou obvykle používány ke spojování jednotlivých dílů během montáže automobilu. Ačkoliv je technologie svařování velmi rozšířená, může svou podstatou ovlivňovat celkovou kvalitu spojovaných částí, jejich přesnost a spolehlivost. Vynaložená energie a síla potřebná pro spojování je při použití lepení nebo mechanických spojů vždy nižší než při svařování. Přitom stále rostou požadavky na vyšší stupeň deformace, produktivitu práce a na nižší náklady spojovacích operací.

Nová generace polovodičových laserů s diamantovým sendvičem

Vědci z univerzity ve Stuttgartu ukázali cestu pro novou generaci polovodičových laserů. Tyto mají být zejména výkonnější a použitelné v nových oblastech. Lasery jsou založeny na diamantovém sendviči.

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