Využití laseru při dělení a značení materiálů

Odpovědi se dočtete v následujícím článku.

CO₂ lasery mají své místo v oblasti zpracování nekovových materiálů. Výhodou těchto strojů je jejich univerzálnost, cena, rychlost a spolehlivost provozu. Kromě dělení – řezání – deskových materiálů umožňují, i když omezeně, provádět i značení. Zdrojem záření, které umožňuje řez či značení, jsou skleněné trubice se směsí plynů. Životnost výměnné trubice je cca 3 000 pracovních hodin, trubice vyšší třídy pak až 10 000 hodin. Zařízení lze osadit i vysokofrekvenční trubicí, která umožňuje zaostření energie do menšího bodu, tedy dosažení jemnějšího řezu či značení. Nevýhodou těchto trubic je stále zatím jejich cena. Při vlastním značení přejíždí tzv. laserová hlava nad plochou, kde má být obrazec vytvořen. V místě, kde má dojít k označení nebo řezu materiálu, dochází k sepnutí napájení trubice a laserovému výboji, který je soustavou zrcátek doveden až k laserové hlavě.

Stroje:

CO₂ lasery lze využít pro řezání či značení plexiskla, polystyrenu, kartonu, dřeva, překližky, koženky, umělého kamenu či gumových štočků. V textilním průmyslu jsou používány tyto lasery s podavačem materiálu, které čistě a rychle řežou látky, při osazení speciální hlavy vyhledávají ořezové značky či nadefinované tvary. Vhodné jsou i ve výrobě nebo při expedici hotových produktů – řezání desek, výroba forem, „naříznutí“ a popis materiálu při jednom vložení, možnost osazení rotační osy, např. pro poháry, skleničky atd.

Dnes jsou k dostání zpravidla CO2 lasery s výkony v rozmezí 50–180 W. Výkon laseru je rozhodující pro tloušťku řezu, která je individuální pro každý materiál. Například řezání plexiskla (PMMA): Při výkonu laseru 50 W je možné dělit desky z tohoto materiálu o síle 3–5 mm, kvalitní laser s výkonem 180 W si poradí i s tloušťkou materiálu 25–30 mm.

Řezání oceli CO₂ lasery

V posledních několika měsících se na trhu objevují také CO2 lasery kombinující řez nekovových materiálů a řezání tenké oceli a železa. Cena těchto strojů začíná lehce nad hranicí 500 000 Kč. Řez v oceli je umožněn díky několika technickým změnám samotného stroje. S použitím indukčního senzoru je podobně jako u „velkých“ vláknových laserů prováděno průběžné měření výšky řezací hlavy nad kovovým materiálem. Stroj je navíc vybaven rozvodem asistenčního plynu – v tomto případě kyslíku. Schopnosti těchto zařízení jsou bohužel poměrně omezené. Maximální síla ocelového či nerezového plechu, který lze tímto způsobem dělit, se pohybuje kolem 1–1,5 mm a kvalitu řezu není možné srovnávat s řezem pomocí vláknového laseru. Barevné kovy, které neobsahují uhlík, nelze tímto způsobem dělit vůbec, neboť právě „zapálení“ obsaženého uhlíku je nutnou podmínkou pro získání tavné teploty. Přes svá omezení si tento typ zařízení díky své univerzálnosti a příjemné ceně nalezne jistě své místo na trhu.

Značkovací CO₂ lasery pro nekovové produkty

Tyto lasery sice nejsou ekonomické pro značení velkých ploch, ale na rozdíl od řezacích CO2 laserů umožňují velmi přesné a rychlé značení do plochy 300 x 300 mm. U značkovacích CO₂ laserů je totiž paprsek vychylován dvojicí zrcátek umístěných přímo ve značicí hlavě, čímž je minimalizován mechanický pohyb a značení je jemnější a přesnější. V porovnání s CO₂ řezacím laserem je i rychlost značení cca 10krát vyšší. Jemnost značení se pohybuje okolo 0,02 mm, což v praxi znamená, že dokáže napsat bez problémů čitelný text lidským okem neviditelný. Značkovací CO2 lasery s vysokofrekvenční trubicí začínají na cca 380 tis. Kč.

Kvalita řezacích strojů se kromě mechanického provedení určuje převážně podle kvality laserového zdroje. Nejznámějšími dodavateli jsou pravděpodobně společnosti IPG či Rofin. Z asijských pak Raycus, z čínských Wuhanu či MaxxPhotonics, se kterými firma 4ISP spolupracuje.

Vláknové řezací lasery je možné využívat k dělení prakticky všech kovových materiálů, ovšem s použitím odpovídajícího řezného výkonu. Základní řezací stroje, jejichž cena dnes již klesá pod hranici 2 000 000 Kč, se zpravidla dodávají s lasery Raycus o výkonu 300 W. Tento výkon je plně dostačující pro rychlé a přesné řezy v oceli do síly 3 mm, za cenu nízké rychlosti si poradí i se silou 4 mm. Je-li požadováno zpracování barevných kovů, tedy především hliníku, mědi a mosazi, je třeba sáhnout po zařízení výkonnějším. Pro řezání hliníkového či duralového plechu o síle max. 3 mm je potřeba zařízení s výkonem 1 000 W. Stejný stroj pak dokáže řezat i ocel o síle 10–14 mm.

Při řezání neboli pálení oceli laserem se využívají dva základní technické plyny. Použitím kyslíku (O2) lze dosáhnout vyšších řezných rychlostí, ovšem za cenu drobného opalu materiálu na hraně řezu, hrana po řezu je černá. Naopak při použití dusíku (N2) dochází k jistému snížení řezné rychlosti, řez je však maximálně hladký s prakticky nulovým opalem, hrana po řezu je stříbrná.

Vzorky:

Životnost samotného laserového zdroje je velmi vysoká – často přesahující 100 000 hodin. Díky vedení záření pomocí optického vlákna až do řezné hlavy stroje neexistuje žádná optická trasa s několika zrcadly, které je třeba udržovat a opakovaně čistit, jako tomu je u CO2 laserů. Na samotné řezné hlavě je údržba velmi jednoduchá. Pod zakončením optického vlákna je umístěno krycí sklíčko, které zabraňuje zanesení nečistot přímo do prostoru hlavy. Toto sklíčko se mění přibližně po 500 hodinách provozu. Dalším spotřebním materiálem je tryska hlavy, kterou prochází paprsek a asistenční plyn.

Z hlediska spotřeby elektrické energie je špičkový příkon 300W laseru cca 4 000 W a reálná spotřeba do 2 000 W. Díky vysoké efektivitě vláknového zdroje není u této varianty třeba externí vodní chlazení. Nejvyšším nákladem tedy zůstává asistenční plyn, jehož spotřeba je cca 8–10 litrů za hodinu nepřetržité práce při tlaku 200 bar.

Základní typ vláknového značkovacího laseru s výkonem 10 W lze pořídit za cenu lehce přesahující 300 000 Kč. Výkon 10 W u značkovacího laseru je zcela dostačující pro značení výrobků z nerezu či oceli na nejčastěji nabízené pracovní ploše 110 x 110 mm. Nekovové materiály a barevné kovy je doporučeno před nákupem nejprve na strojích otestovat a ověřit si nejvhodnější výkon zdroje, typ stroje pro konkrétní potřebu. Energii vláknového paprsku je možné koncentrovat na bod o průměru pouhých 0,02 mm, a tedy vytvořit čitelný text lidským okem již nerozeznatelný.

Stroj je možné použít na značení nástrojů, jako jsou frézy, vrtáky či kotouče, ale i velkoobjemové a nepřenosné produkty z oblasti hutního průmyslu. Značení je trvanlivé a neovlivňuje tuhost produktu.

Na rozdíl od CO₂ laserů, kde se běžně používá kombinace obou činností, u vláknových laserů toto běžné není. Vláknové řezací lasery umožňují sice v omezené míře méně kvalitní značení, avšak výrobci toto nedoporučují. V současnosti probíhá vývoj, který by mohl směřovat k možnosti kombinace obou metod na jednom stroji. Zda se této situace dočkáme za rok či dva v takové kvalitě, aby bylo možné na stroj poskytnout záruku a zajistit splnění všech příslušných norem, však zatím není možné určit.

Petr Tůma, Dagmar Smrčinová

smrcinova@4isp.cz

www.4isp.cz