Témata
Reklama

Unikátní laserové technologie v praxi

Je možné na tomtéž pracovišti provádět teplené zpracování materiálu, pak během několika minut vyměnit nástroj a začít třeba svařovat? Ovšemže ano - právě takovými technologickými možnostmi disponuje firma LaserTherm, vybavená moderními robotizovanými laserovými systémy.

Tuto informaci jsem si vyhledal na internetu poté, co jsem obdržel pozvání od společnost FANUC Robotics k návštěvě plzeňské firmy LaserTherm. O to víc jsem pak byl zvědav na to, co nás v Plzni čeká. Po příjezdu do firmy nás přivítali inženýr Ondřej Soukup, zakladatel společnosti, a pan Zdeněk Turek, jednatel společnosti ARC-Robotics, která je systémovým integrátorem robotů Fanuc. Oba se během návštěvy stali našimi průvodci.

Reklama
Reklama

Trochu historie

Ing. Soukup byl původně vedoucím pracovníkem oddělení vysokovýkonných laserů Výzkumného centra nových technologií na Západočeské univerzitě v Plzni. Sem byl před šesti lety pořízen první vysokovýkonný laser od americké firmy Coherent, určený pro tepelné zpracování materiálu – konkrétně povrchové kalení – a pro svařování a navařování. Jednalo se o robotizované pracoviště a výběrové řízení na dodávku robotu tehdy vyhrála společnost ARC-H, z jejíž robotické divize později vznikla dnešní společnost ARC-Robotics. Centrum v dnešní době disponuje třemi laserovými pracovišti a jeho pracovní náplní je výzkumná činnost a vývoj nových technologií.

Pohled do výrobní haly společnosti LaserTherm se třemi roboty Fanuc a dvěma vysokovýkonnými lasery

V roce 2011 Ing. Soukup založil společnost LaserTherm, která se zaměřila na využití zmíněných technologií v komerční průmyslové praxi. Firma je vybavena třemi robotizovanými pracovišti pro zakázkovou výrobu a kromě toho je ve spolupráci se společnostmi ARC-Robotics a Laserline dodavatelem robotizovaných laserových systémů pro průmyslové technologie. Ale nyní se již pojďme podívat do provozu.

Technologické vybavení

V prostorné výrobní hale upoutají pozornost tři šestiosé průmyslové roboty Fanuc, k nimž náleží dva diodové lasery v podobě nenápadných plechových skříní stojících při stěně haly spolu s řídicími systémy robotů. Od laserového zdroje je paprsek veden optickým vláknem k laserové hlavě uchycené na zápěstí robotu. Pro každou z uvedených technologií se používá speciální laserová hlava. Změna technologie je dána výměnou jedné hlavy za jinou a spuštěním odpovídajícího programu, což je otázkou několika minut. Výkonnější 6 600W laser díky dvěma světlovodným vývodům obslouží dvě pracoviště obsluhovaná roboty Fanuc M-20iA/10L a Fanuc M-710iC/50. Třetí pracoviště, rovněž s robotem Fanuc M-710iC/50, má svůj vlastní laserový zdroj s výkonem 5 500 W. Výkony laserů lze v návaznosti na technologické požadavky plynule řídit v rozmezí od jednotek wattů až po maximální výkon. Pro zpracování zejména rotačních dílů jsou dále k dispozici jedno- a dvouosá polohovadla plně synchronizovaná s pohybem robotů. Technologie umožňuje zpracovávat několikagramové součásti stejně jako díly o hmotnosti až několika desítek tun.

Pohled do skříně laseru LDF 6000–40. Vpravo nahoře je vlastní diodový laser, dole připojení optických kabelů.

Laserové povrchové kalení

Po příchodu do haly jsme měli možnost sledovat průběh povrchového kalení šneku extrudéru pro plastikářský průmysl. Uvedený díl byl vyroben z nástrojové oceli a vzhledem k jeho délce tuto práci prováděl robot Fanuc M-20iA/10L, který je zde jako jediný umístěn na lineárním pojezdu o délce 4 m. To mu v kombinaci s dosahem robotu umožňuje zpracovávat součásti o délce až 7 m. Zmíněný díl této délky sice nedosahoval, ale i tak působil impozantním dojmem. Obsahoval totiž dvojitou šroubovici s proměnným stoupáním a plynule se měnící šířkou vnější plochy závitu a právě tu bylo třeba separátně zakalit. K tomu byl použit 6 600W laser a samozřejmě laserová kalicí hlava nesená robotem. Proces probíhá tak, že šroubovice upnutá do polohovadla se pomalu otáčí a nad ní se ve směru její osy pohybuje robot s laserovou hlavou sledující plochu šroubovice. Na kalenou plochu přitom dopadá laserový paprsek, jehož šířka se během procesu plynule mění tak, aby odpovídala šířce plochy v dané lokalitě. Současně je pomocí pyrometrů průběžně kontrolována teplota procesu a na základě měření je regulován výkon laseru. Tím je zaručeno, že součást je zpracovávána za definovaných a stálých podmínek.

Kalicí hlava na robotu Fanuc M-20iA/10L

Princip technologie

Na rozdíl od konvenčních kalicích postupů se u laserového kalení nepoužívá žádná ochlazovací lázeň, ale je využíván samoochlazovací efekt – laserový paprsek intenzivně ohřívá povrch materiálu a vnášené teplo je následně odváděno do základního materiálu, čímž dochází k ochlazování povrchu. Pro představu: po rozvedení tepla teplota součásti obvykle nepřesahuje 30 °C. Díky malému vnesenému teplu nedochází k deformacím dílu a je eliminováno nebezpečí vzniku trhlin. K dalším výhodám laserového povrchového kalení patří nízká energetická náročnost (ve srovnání s indukčním kalením je spotřeba energie řádově 10x nižší), a tím i ekonomická výhodnost, možnost lokálního zpracování požadovaných oblastí, jakož i vysoká rychlost, reprodukovatelnost a spolehlivost procesu. Zpracovávat lze všechny kalitelné materiály a je přitom možné dosáhnout hloubky prokalení až do cca 2,5 mm.

Laserové kalení hřebenů – laserová stopa je svou geometrií přizpůsobena libovolné výšce zubu, a tím dochází k požadovanému kalení pouze v lokálních místech. Foto: LaserTherm

Stojí za zmínku, že společnost LaserTherm je jedním z průkopníků v zavádění této technologie do praxe a díky dlouholeté spolupráci s firmou Laserline vlastní jednu z prvních kalicích hlavic, které tato firma vyrobila. V laserové hlavě je laserový paprsek optikou upraven do tvaru pro požadovanou technologii. U tepelného zpracování je nutné, aby byla hustota záření po celé šířce paprsku stále stejná, a to i v případě, že se mění rozměr paprsku. Naopak u svařovací hlavy je paprsek fokusován do co nejmenšího bodu.

Laserové navařování

Další využívanou technologií je laserové navařování, kdy se do laserového paprsku vsypává práškový materiál, jenž se taví a na součásti vytváří funkční návar. Takto lze na základní materiál nanášet funkční vrstvy s požadovanými vlastnostmi, k nimž patří otěruvzdornost, antikorozní vlastnosti, vytvoření tepelné bariéry, případně i kombinace uvedených vlastností. Touto metodou lze rovněž zachránit nebo repasovat součásti dříve neopravitelné a doplnit na ně chybějící materiál, ať už jde o chyby výroby, provozní opotřebení či poškození součásti.

Laserové kalení ojnic – laserové zpracování součástí pro drážní průmysl. Foto: LaserTherm

Oproti konvenčnímu přináší laserové navařování mnohem vyšší variabilitu. Například je možné na ocel navařovat bronzy, keramiku, wolfram, platinu aj. Rovněž lze navařovat ocelové slitiny na bronzy či kovy na keramiku. Poslední možnosti se využívá pro vytváření pevných vodivých spojů na součástech pracujících v extrémních podmínkách.

Pracoviště s robotem Fanuc M-710iC/50 osazeným svařovací hlavou. Na stole leží navařovací hlava.

Laserové svařování

Laserové svařování se využívá zejména v aplikacích, kde je kladen důraz na vysoké svařovací rychlosti, kvalitu svaru a nízké tepelné deformace. Pomocí laseru a robotu lze u plechů tlouštěk 1 až 5 mm dosáhnout rychlosti svařování až 5 m.min-1, což jsou oproti technologiím jako MIG nebo MAG rychlosti řádově vyšší. Výhodou je, že při těchto vysokých rychlostech součásti díky nízkému vnesenému teplu nepodléhají deformacím. Toho se v praxi využívá například u dlouhých svarů tenkých plechů, kde bývá kladen velký důraz na kvalitu svarů a kde jsou vyžadovány svařence bez deformací.

3D řezání laserem

Pro úplnost zmíním také technologii 3D řezání plechu, kterou firma LaserTherm právě zavádí. V současnosti řada firem nabízí 2D řezání na bázi laserových plotrů. Metoda 3D řezání oproti tomu umožňuje řezání na komplexních naohýbaných tvarech a odstraňuje tak nepřesnosti způsobené ohybem.

Uchycení svařovací hlavy na zápěstí robotu

Úloha systémového integrátora

Vše by samozřejmě bylo nemyslitelné bez spolehlivě pracujících robotů. Integrace používaných technologií s průmyslovými roboty na základě požadavků zákazníka je úkolem systémového integrátora. Jím je v tomto případě společnost ARC-Robotics, která své první zkušenosti s integrací robotů s vysokovýkonnými lasery získala při návrhu pracovišť ve výzkumném centru nových technologií na Západočeské univerzitě (v té době ovšem ještě jako ARC-H). Zkušenosti z jejich provozu pak byly využity i při návrhu a optimalizaci pracovišť ve firmě LaserTherm. V obou případech se samozřejmě jednalo o roboty Fanuc a vysokovýkonné lasery od společnosti Laserline. Instalací zařízení však práce systémového integrátora nekončí. Důležité je i poskytování technické podpory, kterou společnost LaserTherm využívá zejména při programování méně obvyklých úloh.

Pohled na laserovou navařovací hlavu s patrnými přívody pro navařovaný práškový materiál

Spolupráce s výzkumným centrem na ZČU

V oblasti vývoje společnost LaserTherm spolupracuje s Centrem laserových a automatizačních technologií, jež je součástí ústavu Nové technologie – výzkumné centrum Západočeské univerzity v Plzni. Spolupráce je výhodná pro obě strany, neboť společnost zaměstnává pouze osm většinou vysoce kvalifikovaných pracovníků, kteří se zabývají návrhem technologie a programováním robotů, a zajišťování vývoje vlastními silami by pro firmu bylo neekonomické. Pro univerzitu je naopak důležitá spolupráce s průmyslem a předávání výsledků výzkumu do praxe. Výzkumné centrum tak pro LaserTherm zajišťuje například detailní materiálovou analýzu zpracovávaných materiálů, měření technologických procesů apod. Neméně významnou skutečností je, že u společnosti LaserTherm nacházejí profesní uplatnění specialisté, absolventi doktorského studia, kteří jsou připravováni právě na výzkumném centru plzeňské univerzity.

Laserové navařování forem – lokální oprava funkčních hran a ploch střižných nástrojů metodou laserového navařování. Do laserového paprsku je přiváděn přídavný materiál v podobě prášku, který se difuzní vazbou propojí se základním materiálem. Foto: LaserTherm
Laserové navařování pouzder a strojních součástí – metodou laserového navařování lze opravovat strojní součásti, které byly chybně obrobeny.

Dodávky laserových systémů

Společnost LaserTherm kromě vlastní výroby zajišťuje i komplexní dodávky laserových systémů s vysokovýkonnými lasery značky Laserline pro průmyslové technologie – od návrhu přes odzkoušení technologie ve vlastním provozu až po zabudování do technologie zákazníka. Pracoviště jsou na základě příznivých zkušeností a dobré spolupráce se společností ARC-Robotics dodávána s roboty Fanuc, s nimiž je garantována plná funkčnost. Dodávka zahrnuje komplexní služby včetně technologické podpory. Investice do jednoho pracoviště se průměrně pohybuje v cenách kolem 10 až 12 mil. Kč. Výhodou laserové technologie jsou minimální provozní náklady, takže návratnost lze odhadovat na 2 až 3 roky. Ing. Soukup odhaduje, že jen na českém trhu se v budoucnu mohou uplatnit desítky až stovky takovýchto pracovišť. Také společnost LaserTherm pro uspokojení dalších zákazníků a snížení jejich nákladů na dopravu plánuje otevření svého dalšího pracoviště na Moravě.

Pavel Marek, Plzeň
Neoznačená foto: autor

Foto: LaserTherm

pavel.marek@mmspektrum.com

www.lasertherm.cz
www.fanucrobotics.cz
www.arc-robotics.cz
www.laserline.de
laser.zcu.cz

Tab. Vysokovýkonné lasery ve společnosti LaserTherm

Reklama
Vydání #4
Kód článku: 130412
Datum: 10. 04. 2013
Rubrika: Servis / Reportáž
Autor:
Firmy
Související články
Proporcionální ventily s IO-Link technologií

Emerson Aventics proporcionální ventily Sentronic Plus (614 serie) a Sentronic LP (617) jsou nyní k dispozici s integrovanou IO-Link komunikační technologií.

Slabina subdodavatelských řetězců

Díky pandemii koronaviru si v uplynulém roce našlo cestu k cyklistice spousta lidí a trh s koly, komponenty a cyklistickými doplňky, který dlouhodobě roste, nyní zažívá obrovský boom. To, že začíná více a více lidí jezdit na kole, se ale děje kontinuálně posledních několik let. Pandemie však tento nárůst zájmu výrazně urychlila. Zároveň však ale také odhalila některé slabiny globálního cyklistického trhu, které budou s největší pravděpodobností mít pro některé výrobce a prodejce kol či cyklo servisy vážné následky. Co se tedy vlastně stalo a co nás zřejmě čeká?  

Čtrnáctý ročník soutěže Ocenění českých podnikatelek úspěšně odstartován

Ve čtvrtek 3. června 2021 byl zahájen další ročník prestižní soutěže Ocenění českých podnikatelek, který odstartovala online konference Women in Business s podtitulem Nová realita roku 2021 a společný (re)start, most k jednotě a spolupráci. Tuto soutěž již tradičně vyhlašuje podnikatelská platforma Helas – Budujeme hrdé Česko. Patronkou letošního ročníku je Kateřina Kadlecová, generální ředitelka společnosti USSPA. 

Související články
Třpytivý svět krystalů

Turnovská společnost Crytur patří svým pojetím ke světovému unikátu. V přesně definovaných podmínkách pěstuje umělé krystaly z vlastního výzkumu a vývoje, které následně po opracování dodává buď jako specifické optické díly pro další celky, nebo přímo kompletní výrobky.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Implantáty z Čech až na konec světa

V 70. letech minulého století stál u zrodu prvních ortopedických implantátů v Čechách. V roce 1992 pak v rámci privatizace založil vlastní firmu téhož zaměření, jejíž výrobky dodnes pomáhají lidem znovu se hýbat. Ano, hovoříme o Stanislavu Beznoskovi a české firmě téhož jména, kterou dnes úspěšně řídí členové rodiny zakladatele.

MM Podcast: Glosa - Když se země otřásají v základech

Krize vyvolaná pandemií koronaviru v řadě oborů působí jako urychlovač trendů patrných před jejím vypuknutím. Mnoho odvětví si prochází zásadní strukturální transformací, ale část z nich – které se stát snaží podpůrnými prostředky za každou cenu stále držet nad vodou, zanikne. 

Vývoj UHT nástrojů
v plném proudu krizi navzdory

Hlavním motivem založení VaV centra Rotana byla připravenost na nové trendy v automobilovém a leteckém průmyslu a výroba vlastních produktů s vysokou přidanou hodnotou – konkrétně ultratvrdých (UHT) nástrojů pro speciální aplikace. Centrum je vybaveno nejmodernějšími technologiemi a stále se rozrůstá. Na kontě má několik úspěšně zakončených projektů v podobě prototypových nástrojů a užitných vzorů. O tom, na jakých projektech v centru pracují nyní a jaké mají plány do budoucna, jsme si povídali se třemi hlavními osobnostmi celého projektu vývoje a výroby UHT nástrojů.

Odměřovací pravítka, lanovka a Ferrari

Odměřovací pravítko je jednou z klíčových komponent obráběcího stroje. Zpravidla je ukryto hluboko uvnitř stroje a většina uživatelů obráběcích strojů jej nikdy na vlastní oči neviděla. Přesto jsou na ně kladeny velmi vysoké nároky. Musejí pracovat spolehlivě po dobu mnoha let, zaručovat očekávanou přesnost a rozlišení, a musejí být odolná proti znečištění, pronikání kapalin, prachu i třískám a proti spoustě dalších faktorů. A kdyby se náhodou něco pokazilo, musejí být snadno vyměnitelná.

Názorové fórum odborníků

V tomto vydání MM Průmyslového spektra se věnujeme mimo jiné tématu obráběcích strojů. Proto jsme s anketní otázkou oslovili zástupce výrobců a dovozců v této komoditě.
Čas jsou peníze. Každá minuta prostoje výrobního zařízení je nežádoucí, proto se dnes vedle vysoké produktivity u strojů očekává také jejich vysoká spolehlivost.

Stroje v pohybu – Sledování zásilek na dálku

Takzvaný internet věcí (IoT) nabízí mnoho možností. Základem této technologie je bezdrátová komunikace velkého počtu autonomních zařízení prostřednictvím datových sítí, jež jsou navrženy tak, aby datový přenos spotřeboval co nejméně energie. Toho využívají i moderní sledovací jednotky (lokátory), které mohou díky energetické úspornosti pracovat i několik let bez dobíjení baterií.

Fórum výrobních průmyslníků

Jakým způsobem se po 15 měsících od vypuknutí pandemie koronaviru tento stav projevuje ve vaší společnosti – jak z pohledu objemu zakázek, jejich realizace a ekonomiky jako takové (např. vlivem navýšení cen vstupních materiálů, nedostatku některých komponent)? Dokážete predikovat, jak se bude situace ve vaší komoditě vyvíjet ve druhé polovině roku, na čem bude záviset?

Fórum děkanů strojních fakult

Jak současná doba ovlivňuje realizaci smluvního výzkumu na již hotových projektech, resp. při akvizici nových? Zaznamenáváte aktuálně pokles zájmu firem o spolupráci?

Semináře nově s high-tech technologiemi

Školicí a tréninkové centrum společnosti Ceratizit ve Velkém Meziříčí prošlo v loňském roce rozsáhlou modernizací. Nové Technické centrum i technologie v něm bohužel kvůli pandemii covid-19 nemělo možnost navštívit mnoho zákazníků. Všichni pevně věříme, že se to brzy změní. Než se tomu tak stane, požádali jsme Jana Gryče, technického ředitele společnosti Ceratizit, aby nám představil, co je v centru nového a na co se mohou zákazníci těšit. Při té příležitosti jsme oslovili také Pavla Němečka, obchodně-technického zástupce společnosti Hermle, aby pohovořil o pětiosém stroji C 32 U, které je v centru nové.

Švédové jsou féroví a přímí obchodníci

Celosvětová pandemie covid-19 mění světa vytváří nové příležitosti a výzvy pro exportně orientované firmy. Zahraniční kanceláře CzechTrade registrují příležitosti v daných destinacích a vytvářejí partnerství českým výrobním společnostem a jsou jim nápomocni při vstupu na trh a upevnění jejich pozice.

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