Jeszcze dziesięć lat temu wycinarki laserem światłowodowym uważano za specjalistów od cienkich blach. Sklepy szybko zorientowały się, że aby konkurować, muszą w nie zainwestować lub przynajmniej obciąć asortyment. Jeśli chodzi o wysokiej jakości cięcie płyt, nadal najlepszym rozwiązaniem są lasery CO2. Jasne, lasery światłowodowe mogły ciąć grubsze półfabrykaty, ale jakość nie była świetna, a ich przewaga szybkości prawie zniknęła podczas cięcia bardzo grubych płyt. Dziś świat się zmienił.
Technologia gazów pomocniczych przeszła długą drogę w ciągu zaledwie kilku lat i jest jednym z kluczowych czynników przyczyniających się do szybko zmieniającej się dziedziny cięcia laserowego. Udoskonalono materiały soczewek i ich konstrukcję, podobnie jak głowice tnące i dysze. Można zauważyć, że nowoczesne systemy dostarczania wiązek lasera światłowodowego dobrze radzą sobie z ogromnymi mocami fotonów. Lasery o ultrawysokiej mocy o mocy 20, 30, a nawet 50 kW mogą teraz szybko i czysto ciąć grube blachy.
„Czysty” jest tutaj właściwym słowem. To, czy laser ma sens ekonomiczny, sprowadza się do kosztu części. Obecnie lasery dużej mocy przeżywają rozkwit w dziedzinie precyzyjnego cięcia blach. Jeśli część była wcześniej cięta plazmowo, a następnie gratowana lub wykańczana na frezarce, obecnie można ją wykonać za pomocą lasera światłowodowego.
Pomocnicze mieszanie gazów sprawia, że jest to możliwe. Nawet najgrubsze płyty są dziś przetwarzane nie tlenem, ale mieszaniną azotu i tlenu. Strumień gazu pomocniczego nadal składa się głównie z azotu, gazu obojętnego, który usuwa stopiony metal z nacięcia, ale niewielka część tlenu zapewnia reakcję chemiczną, która pomaga sprowadzić nacięcie na dno i uzyskać krawędź pozbawioną żużlu.
Stanowisko pomiędzy powierzchnią a dyszą zostało tak małe, że prawie w ogóle nie istnieje, a wszystko po to, aby umożliwić laminarny przepływ gazów pomocniczych przez szczelinę, dzięki czemu mieszanina azotu i tlenu może działać zgodnie z przeznaczeniem. W precyzyjnym cięciu blach nadmierne turbulencje gazu pomocniczego są wrogiem czystego cięcia laserowego.
Wczesne zastosowania mieszania gazów pojawiły się ponad dziesięć lat temu, nie w przypadku grubej stali, ale w celu cięcia aluminium bez żużlu. Steve Albrecht, prezes Pewaukee w stanie Wisconsin Liberty Systems, dostawcy urządzeń do wytwarzania azotu i mieszania gazów, wspomina stosowanie mieszanin azotu i tlenu na początku lat 2010 nie w laserach światłowodowych, ale w CO2 o mocy 4 kW system do cięcia aluminium o grubości 0,125-cala.
„Aluminium ma na wierzchu warstwę tlenku” – mówi Albrecht – „i należy ją wypalić, aby zapobiec powstawaniu jakichkolwiek żużli i zadziorów. Jak odkryli inżynierowie zajmujący się aplikacją, strumień powietrza wspomagany azotem z odpowiednią dawką tlenu pomaga wyeliminować twarde do usuwania osadów z krawędzi wycinanego laserowo aluminium.
„Aluminium jako bardziej miękki materiał ma pewne unikalne właściwości w przypadku cięcia laserowego” – mówi David Bell, prezes Witte Gas Control w Alpharetta w stanie Georgia. „Mieszanka gazów jest pomocna. Jeśli tniesz aluminium tlenem, spalasz go. Jeśli przetnij azotem, pojawią się smugi na krawędziach. Połącz oba, a uzyskasz czystsze cięcie.
W miarę jak lasery światłowodowe zaczęły zdobywać rynek i dostępna moc stale rosła, strategie dotyczące gazów pomocniczych nadal ewoluowały. Inżynierowie ds. zastosowań rozpoczęli eksperymenty z różnymi kombinacjami azotu i tlenu.
Jak wspomina Albrecht, kiedy inżynierowie zaczęli uzyskiwać dobre wyniki przy zawartości tlenu zbliżającej się do 20 procent, otworzyło to drzwi do stosowania do cięcia ultrasuchego powietrza. Pozwoliło to producentowi zaoszczędzić dużo pieniędzy, zwłaszcza biorąc pod uwagę ilość gazu pomocniczego zużywanego przez wczesne lasery światłowodowe.
„Kiedy pojawiły się pierwsze włókna o mocy 6 kW i 8 kW” – mówi Albrecht – „wtedy cięcie ultrasuchym powietrzem naprawdę zaczęło nabierać tempa.
Jednakże wraz ze wzrostem mocy lasera światłowodowego strategia dotycząca gazu pomocniczego uległa zmianie. Warunki cięcia dla laserów światłowodowych najwyższej mocy zbudowano w oparciu o precyzyjne mieszaniny azotu i tlenu o niskiej zawartości tlenu.
Producenci OEM wycinarek laserowych zaczęli eksperymentować z różnymi dyszami i różnymi podejściami, aby uzyskać płynny laminarny przepływ gazów pomocniczych wokół mocniejszej wiązki. Zoptymalizowano konstrukcje dysz. Niektóre geometrie dysz zatrzymują gaz na górze metalu. Inne techniki wykorzystują „kurtyny” powietrzne wokół kolumny gazu pomocniczego. Jak wyjaśnia Albrecht, metody te zależą od konstruktora maszyny, ale wszyscy pracują nad tym samym celem: osiągnięciem najlepszej jakości cięcia przy najniższym koszcie na sztukę. Obejmuje to wykorzystanie gazów pomocniczych, a w szczególności znalezienie optymalnej mieszanki poprawiającej jakość i prędkość cięcia.
