극단론자

Jun 14, 2023

2000년대 초반에 킬로와트 수준의 파이버 레이저가 도입되고 2000년대 후반에 절단 도구에 통합되면서 파이버 레이저는 레이저 절단을 틈새 방식에서 주류 제조 공정으로 전환시켰습니다. 그 이후로 파이버 레이저는 통합 용이성, 신뢰성, 낮은 유지 관리, 이전 레이저 기술에 비해 낮은 자본 및 운영 비용, 높은 절단 속도 및 출력 확장 가능성으로 인해 판금의 레이저 절단을 지배해 왔습니다. 레이저 절단 시장은 지난 10년 동안 매년 10% 이상 성장해 왔으며, 이는 다른 프로파일 절단 공정 속도의 두 배 이상입니다.

최근 몇 년 동안 제조 산업에서는 절단을 위해 10~40kW 범위의 초고전력(UHP) 파이버 레이저를 빠르게 채택하고 있습니다. 매년 FABTECH 전시장이나 교육 세미나에서 최첨단 레이저 절단 시스템을 따라가다 보면 절단에 사용할 수 있는 최대 전력이 2016년 6kW에서 2022년 40kW로 극적으로 증가했음을 알 수 있습니다. 6년 만에 거의 7배 증가했습니다. 지난 3년 동안만 절단 시스템의 최대 레이저 출력이 15kW에서 40kW로 증가했습니다. UHP 레이저 개발의 빠른 속도는 올해에도 계속되었으며 최근 두 가지 주목할만한 개발이 주도되었습니다. 절단용 50kW 파이버 레이저의 가용성과 현장에서의 테스트; 그리고 전기 효율이 50% 이상인 고효율 UHP 파이버 레이저의 출시는 높은 듀티 사이클의 고출력 절단 응용 분야에 상당한 에너지 절감 효과를 제공합니다.

지난 몇 년 동안 세 가지 주요 개발이 겹치면서 UHP 절단 추세가 실현 가능해졌습니다. 즉, 파이버 레이저의 비용/kW 출력 감소, 초고 레이저 출력을 처리할 수 있는 절단 헤드의 가용성, 응용 엔지니어링에 대한 더 나은 지식이 가능해졌습니다. 고출력 레이저 절단에 관해.

레이저 출력이 향상되면 절단 속도가 크게 향상되어 운영 비용(가스 사용량, 부품당 사이클 시간, 부품당 에너지 소비 포함)이 크게 감소하고 부품당 비용이 크게 절감됩니다. 예를 들어 대부분의 스테인리스강 두께 절단 속도는 저전력 및 고출력 절단 모두에서 동일한 보조 가스 압력 및 노즐 크기(즉, 동일한 가스 흐름)를 활용하면서 출력을 6kW에서 15kW로 증가시켜 4배 이상 향상됩니다. , 가스 사용량 및 기타 운영 비용이 여러 배 감소합니다.

UHP 레이저를 사용하면 더 비싼 질소나 훨씬 느린 산소 절단 대신 고압 공기를 사용하여 두꺼운 탄소강과 스테인리스강을 찌끼 없이 절단할 수 있습니다. 공기 보조 가스를 사용한 절단은 산소 절단과 달리 공기 절단의 경우 레이저 출력에 따라 속도가 커지므로 높은 레이저 출력의 산소 절단보다 훨씬 빠릅니다. 예를 들어, 30kW 레이저로 16mm 두께의 탄소강을 절단할 때 공기 보조 가스를 사용하면 절단 속도가 9m/min 이상이지만 산소를 사용하면 약 2m/min에 불과합니다.

10mm 두께의 스테인리스강을 질소 보조 가스로 절단할 때 절단 속도는 6kW에서 약 2m/min에서 15kW에서 12m/min 이상으로 증가하며, 이는 2.5X 전력 점프로 6배 증가합니다. 이러한 향상된 속도는 대부분의 부품 설계에서 부품당 비용을 2~3배 쉽게 절감합니다. 그러나 두 배 더 생산적인 레이저 절단 시스템은 레이저 출력이 증가함에 따라 킬로와트당 레이저 소스 비용이 감소하고 더 ​​높은 레이저 비용이 전체 공작 기계 비용에 흡수되기 때문에 두 배 더 비싸지는 않습니다.

UHP는 절단 속도를 대폭 개선함으로써 펀칭과 같은 기계적 절단 방법에 비해 레이저 절단의 경쟁력을 높이는 동시에 고유한 장점(즉, 유연성, 공구 마모 없음, 비접촉 절단 및 복잡한 얇은 벽 절단 능력)을 유지했습니다. 레이저와 같은 프로파일 절단 공정에 비해 펀칭의 장점은 일반적으로 초기 초기 툴링 비용이 정당화될 수 있는 상대적으로 단순한 형상의 부품을 대량 제조하는 데 있습니다. 그러나 제조 산업에서 점점 더 많은 유연성을 요구함에 따라 UHP 레이저가 제공하는 높은 절단 속도로 인해 레이저와 펀칭에 대한 비용 고려 사항이 레이저 쪽으로 옮겨졌습니다.