CO2 Laser vs. Fiber Laser Kesme: Süreç ve Maliyet Analizi

1. Genel Bakış
Şu anda, kesim uygulamalarında kullanılan ana laser türleri kesme uygulamalarda CO2 laserları ve lif laserlarıdır. Bir CO2 laserı, CO2 gazının yüksek frekans ve yüksek basınç altında uyarılmasıyla oluşturulur ve 10.6μm dalga boyundaki bir laser üretir. Işın, kesim yapmak için rezonatör aynaları ve bakır yansıtmaları vasıtasıyla yönlendirilir ve odaklanır.
Fiber laserlar, paralel olarak dizilmiş çoklu multimod pompa diyodlarını kullanır lazer Kaynağı , aynı zamanda 10.6μm'da bir laser oluşturur. Işın daha sonra rezonatör ayarlamasıyla tek bir life bağlı olur ve bu da yüksek güçte bir laser sonuçlanır.

2. CO2 Laser Kesimi ve Karşılaştırma Fiber lazer kesimi İşlemler

(1) Laser Yapı Karşılaştırması
CO2 laser jeneratörleri büyük boyuttadır ve iletim ortamı olarak hava kullanır. Laser, yansıtıcılar vasıtasıyla düz bir çizgi boyunca seyahat eder ve bu da ışının hızlı şekilde zayıflamasına ve önemli enerji kaybına neden olur. Işıt-elektrik dönüşüm verimliliği düşük olup, sadece yaklaşık %10'dur, Şekil 1'de gösterildiği gibi.

Fiber lazerler çoklu modlu pompa diyot kümelerini paralel olarak kullanır. Laser, optik lifler vasıtasıyla iletilir, lif içinde sınırlı kalır ve "eğri" bir yol takip eder. Bu yöntem, dış ortamdan etkilenmez ve yüksek bir ışıt-elektrik dönüşüm verimliliği sunar—%25'ten fazladır, Şekil 2'de gösterildiği gibi.

Şekil 1 CO2 laser
1. laser jeneratörü 2. sürüş ünitesi yansıtıcı 3. optik yol 4, 5, 6. açısal yansıtıcı 7. odaklama merceği

Şekil 2 Fiber laser
1. laser kaynağı 2. rezonans boşluğu 3. soğutma sistemi 4. optik yol

(2) Kesme Malzeme Karşılaştırması
CO2 laserleri karbon çeliğini, paslanmaz çeliği, alüminyum aleysini ve metal olmayan malzemeleri kesebilir, ancak bakırı kesemez . Bakır, 10.6μm dalga boyununa karşı yüksek bir yansıma oranı gösterir ve ışını çoğunlukla emmeden geriye yansıtır, bu da ters yansıma nedeniyle lazer kaynağına zarar verebilir.

Fiber lazerler karbon çeliğini, rust çeliğini, alüminyum aleysini ve bakır , aynı zamanda metali olmayan malzemeleri kesemez , mesela ahşap, plastik ve deri gibi. Ayrıca katmanlı rust çeliği veya koruyucu özel çelik plakalar gibi yüzey kaplamalı malzemeleri de kesemezler.

(3) Kesim Performansı Karşılaştırması
Kesim verimliliği, kesim hızı, delme performansı ve kenar kalitesi içerir; bunlar lazer kesim makinelerini değerlendirme konusundaki ana göstergelerdir.

Fiber lazerler ince levhaları kesmede çok iyi performans gösterir, özellikle 3mm'den az kalınlıktaki levhalarda, burada kesim hızı 4 kat daha hızlı olabilir cO2 lasereden daha az. 6mm kalınlıkta, her iki laser de benzer şekilde çalışır, bu da avantajlarının değiştiği eşikleri işaret eder. 6mm'den kalın malzemeler için, CO2 laseri bir avantaj göstermeye başlar, ancak fark dramatik değildir. (Çeşitli malzemelerde kesim hızları için Şekil 3'e bakın.)

Kesim başlamadan önce, laser önce malzemeyi delmelidir. Fiber laseri genellikle CO2 laseriye göre daha uzun delme sürelerine sahiptir. Örneğin, 8mm kalınlığındaki karbon çeliğini kesen bir 3kW'laserde, CO2 laseri her delikte yaklaşık 1 saniye daha hızlıdır ve 10mm için 2 saniye daha hızlıdır. Günde 2000 delikten fazla delme işlemi, bu durumda toplamda 6000 saniye, yani yaklaşık 1.7 saatlik bir zaman farkına neden olur. ürün.

Kenar kalitesi genellikle pıhtılık ve dikeylik temelinde değerlendirilir. 3 mm'den küçük çelik plakalarda, lif laseri kesimlerinin kenar kalitesi CO2 laseri kesimlerine göre biraz daha kötüdür. Kalınlık arttıkça fark daha belirgin hale gelir. 3 mm veya daha kalın stainless çelik plakalarda, lif laseri kenarları mat görünürken, CO2 kesimleri parıldayan bir görünüm sergiler. 16 mm karbon çeliği için, lif laseri kenar dikeyliği 0.4–0.5 mm aralığında değişirken, CO2 bu değeri 0.1 mm olarak sağlar.
Ayrıca, lif laserinin düşük frekanslı ve yüksek enerji yoğunluğundan dolayı, karbon çeliğinde küçük delikler açmak aşırı ısınmaya neden olabilir.

CO2 ve lif laseri kesim süreçleri arasındaki bir özet karşılaştırma Tablo 1'de sunulmuştur.

Şekil 3 Farklı malzemelerin kesim hızı

Tablo 1 CO2 laseri ve lif laseri kesim arasında temel süreç parametrelerinin karşılaştırması

Tablo 2: CO₂ Laser ve Fiber Laser Kesme Maliyet Analizi

Not: Yukarıdaki maliyet analizinde işgücü maliyeti, yönetim maliyeti ve kâr faktörleri göz önüne alınmamıştır.

cO2 ile maliyet analizi karşılaştırması Fiber lazer kesimi

5mm çelik plaka kesme örneği alınarak Tablo 2'de bir maliyet karşılaştırması gösterilmiştir.

Tabloya göre ve yıl başına 3860 çalışma saati varsayımıyla:

• CO2 lazer kesimi i̇şletme maliyeti = ¥268.8/saat

• Fiber lazer kesimi i̇şletme maliyeti = ¥242.7/saat

Kesim hızları 2.5 m/dk (CO2) ve 8.2 m/dk (fibre) olursa:

• CO2'nin metrekare başına maliyeti = ¥1.79

• Fibre lazerin metrekare başına maliyeti = ¥0.48

4. Özet ve Öneriler

Her iki CO2 ve fiber lazer kesimi teknolojilerin uygulama alanları vardır.
CO2 lazerleri karbon çeliğini, paslanmaz çeliği ve alüminyum aleysini kesebilir, ayrıca yarı iletkenler, metallik olmayan maddeler ve bileşik malzemeleri , daha geniş bir uygulama alanı sağlar.
Fiber lazerler karbon çeliğini, rust çeliğini, alüminyum aleysini ve bakır —ki CO2 lazerleri bunu yapamaz—ama onlar metallik olmayan maddeleri kesemezler .

Kesim maliyeti açısından, fibre lazerleri önemli ölçüde daha ekonomiktir cO2 lazerlerinden daha iyi.

Lazer seçimi için öneriler:

1. 4 mm veya daha az kalınlıktaki malzemeler için : Daha yüksek hız ve verimlilikleri nedeniyle fiber lazerlerini seçin—daha iyi genel değer sunar.

2. 8 mm veya daha kalınlıktaki malzemeler için : Daha iyi delme performansı ve kenar kalitesi için CO2 lazerlerini seçin—özellikle fiber lazerlerin açık bir hız avantajı artık bulunmadığı zamanlar için.

3. Bakır veya ayna bitişli çelik için : Fiber lazerleri seçin.
   Yarı iletkenler, olmayan metaller veya bileşik malzemeler için : CO2 lazerlerini seçin.