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
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
Laserová i optická řešení a mnohem více

Pravidelné podzimní dny otevřených dveří uspořádala pro své současné i potenciální zákazníky koncem září společnost Lascam systems. Po tři dny mohli zájemci o laserové technologie navštěvovat showroom dceřiné společnosti Elya Solutions v Horních Počernicích, kde bylo v provozu více než sedm různých aplikací dceřiných i zastupujících společností. Jednotlivá stanoviště prezentovala široké portfolio aplikací a služeb, jež integrátorská společnost Lascam nabízí.

Prostor pro laserovou automatizace je stále obrovský

Česká společnost Lascam systems se zabývá zejména dodávkami laserových zařízení pro obrábění kovů a plastů. Byla včas u rozvoje moderních laserových technologií a dnes pomáhá firmám s integrací laserových aplikací do výrobních procesů. Podle slov obchodního ředitele společnosti Karola Flimela se považují spíše za dodavatele řešení než distributora jednotlivých zařízení a za největší výzvu považují složité inovativní projekty, které přinášejí nový způsob výroby.

Špičkové technologie dnes i zítra

Společnost Trumpf je renomovaný výrobce technologií na zpracování plechů a profilů a laserů pro průmysl. Výrobní historie se pomalu blíží celé stovce let a česká pobočka s obratem zhruba sto milionů eur za rok patří k důležitým průmyslovým hráčům nejen na českém trhu. Bylo proto jasnou volbou požádat ředitele společnosti Trumpf Praha Romana Haltufa, aby čtenářům MM Průmyslového spektra prozradil, kam se vývoj v tomto nepostradatelném oboru za minulá léta posunul.

Související články
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.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
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.

CIMT Peking, Část 1. Obecný pohled

V předvelikonočním týdnu se v Pekingu uskutečnil veletrh obráběcích strojů CIMT 2019. V asijském regionu se jedná o obdobu veletrhu EMO Hannover. A stejně jako EMO je velkou měrou národní výstava německé výrobní techniky, tak CIMT je převážně čínský. V tomto prvním vstupu se podíváme na letošní ročník trochu s odstupem, aniž bychom se zaměřili na konkrétní exponáty.

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.

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.

Novinky ze světa 3D tisku

V uplynulém měsíci se v české kotlině seběhlo několik akcí, jejichž společným jmenovatelem byl průmyslový 3D tisk. Představeny byly nové produkční 3D tiskárny, profesionální tiskové materiály a zapomenout nesmíme ani na největší z těchto akcí, výstavu a konferenci 3dexpo.

Spolehlivé odstranění otřepů po pálení

Pardubická Obchodní společnost TVK se specializuje na zakázkovou výrobu přesných tvarových výpalků z plechu laserem, plazmou a autogenem. Díly po plynovém pálení standardně dodávají očištěné. Před necelými dvěma roky byl na odstraňování strusky a otřepů po pálení pořízen stroj Lissmac. "Stroj šetří čas, ale hlavně ruce pracovníků," říká jednatel společnosti TVK Pavel Tužil.

Pod dvou letech opět na EMO do Hannoveru

Od 16. do 21. září 2019 se uskuteční 22. ročník největšího světového veletrhu zpracování kovů EMO. Megaakce se koná opět v Německu, které je po Číně a USA třetím největším trhem obráběcích strojů na světě. Veletrhu se účastní téměř 2 100 vystavovatelů ze 47 zemí světa. Z České republiky se očekává účast 28 firem na ploše necelých 1 700 m2. Na minulý veletrh v roce 2017 přijelo do Hannoveru z České republiky přes 2 200 odborníků.

Evropskou veletržní sezónu 2019 opět zahájí Lipsko

Lipské průmyslové veletrhy Intec a Z otevřou brány výstaviště pro svůj další ročník již ve dnech 5. až 8. února 2019. Výhodný termín konání hned na začátku roku znamená pro vystavovatele a návštěvníky z České republiky ty nejlepší předpoklady pro navázání či prohloubení obchodních kontaktů na mezinárodní strojírenské a subdodavatelské scéně.

Opřít se o silného partnera

V dnešní době hospodářského růstu mnoho firem přemýšlí o rozšíření výroby. To se však neobejde bez úvah o tom, kde získat prostředky na nové stroje a zařízení. Řešení má jméno SGEF.

Integrovaný obvod o tloušťce jedné molekuly

Lidstvo již zvládlo přeměňovat světlo na elektřinu a vytvořit akumulátory, v nichž nedochází k chemickým reakcím. Problémem však je, že tyto přístroje mají velmi nízkou účinnost. Nejlepších parametrů by se dosáhlo při použití polovodičů o tloušťce jediné molekuly. A ty se nyní naučili vyrábět vědci z ruského institutu MISiS, který je partnerem ruské korporace pro atomovou energii Rosatom.

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