Co sprawia, że metale topią się natychmiastowo, a skomplikowane projekty materializują się z precyzją na poziomie mikronów? Technologia obróbki laserowej – zaawansowana metoda produkcji łącząca wysoką dokładność, wydajność i wszechstronność – coraz bardziej przenika różne branże. Niniejszy raport zawiera kompleksową analizę zasad obróbki laserowej, typów laserów, zastosowań i krajobrazu konkurencyjnego.
Obróbka laserowa wykorzystuje wiązki laserowe o wysokiej gęstości energii do cięcia, spawania, grawerowania, znakowania i wiercenia materiałów. Jej główną zaletą jest bezkontaktowa obróbka, eliminująca naprężenia, nacisk i deformację materiału związaną z tradycyjnymi narzędziami mechanicznymi, przy jednoczesnym zapewnieniu wyjątkowej precyzji. Dodatkowo systemy laserowe wymagają minimalnych materiałów eksploatacyjnych i konserwacji, co obniża koszty produkcji.
Podstawowa zasada polega na tym, że atomy materiału pochłaniają energię lasera, wywołując intensywne wibracje, które generują ciepło. Po przekroczeniu temperatury topnienia lub parowania materiału następuje natychmiastowe lokalne topnienie lub parowanie. Aby zwiększyć wydajność, gazy pomocnicze (tlen, azot lub argon) usuwają stopiony materiał lub osłaniają obszar roboczy, a systemy zbierania pyłu zarządzają cząstkami stałymi.
- Źródło lasera: Główny komponent generujący wiązki laserowe, klasyfikowany według medium na lasery CO₂, YAG, światłowodowe i półprzewodnikowe.
- Ścieżka optyczna: Przesyła wiązki za pomocą luster lub światłowodów.
- Optyka skupiająca: Koncentruje wiązki w plamki o rozmiarach mikronów za pomocą soczewek/reflektorów w celu obróbki o wysokiej gęstości energii.
- System ruchu: Silniki serwo sterowane CNC i precyzyjne prowadnice pozycjonują przedmioty obrabiane lub głowice laserowe.
Obecne główne lasery różnią się długością fali, mocą, kompatybilnością materiałową i zastosowaniami:
Dzięki długości fali 10,6μm, lasery CO₂ doskonale sprawdzają się w obróbce niemetali (drewno, akryl, tekstylia) w zakresie mocy od watów do kilowatów. Ich opłacalność sprawia, że są idealne dla systemów podstawowych.
Działające przy 1,06μm, lasery YAG nadają się do metali (stal nierdzewna, aluminium, miedź) o doskonałej jakości wiązki dla drobniejszych szczegółów. Jednak niższa efektywność energetyczna i wyższe koszty konserwacji ograniczają ich konkurencyjność.
Lasery światłowodowe 1,06μm przewyższają warianty YAG pod względem jakości wiązki, wydajności (30%+) i żywotności. Ich kompaktowa konstrukcja ułatwia integrację automatyzacji, szczególnie w przypadku metali odbijających światło (złoto, miedź). Lasery światłowodowe stopniowo wypierają systemy YAG.
Te kompaktowe, tanie lasery o wydłużonej żywotności służą obecnie do zastosowań o niższej mocy (znakowanie, pomiary). Trwające postępy w zakresie mocy mogą rozszerzyć ich rolę przemysłową.
Unikalne możliwości technologii laserowej napędzają jej wdrażanie w różnych sektorach:
Spawanie laserowe montuje panele nadwozia (dachy, podwozia); cięcie wytwarza elementy wewnętrzne; znakowanie śledzi części za pomocą identyfikatorów.
Precyzyjne cięcie produkuje płytki drukowane; spawanie łączy mikroelementy; znakowanie etykietuje układy scalone kodami identyfikowalności.
Cięcie o wysokiej wytrzymałości kształtuje elementy konstrukcji płatowca; spawanie łączy elementy konstrukcyjne; znakowanie zapewnia identyfikowalność części.
Cięcie tworzy stenty i narzędzia chirurgiczne; spawanie montuje delikatne instrumenty; znakowanie spełnia wymogi regulacyjne.
Grawerowanie personalizuje akcesoria; cięcie projektuje odzież; znakowanie markuje produkty logo i kodami kreskowymi.
Globalny rynek sprzętu laserowego charakteryzuje się intensywną konkurencją:
Trumpf, Coherent i IPG Photonics dominują dzięki kompleksowym portfelom produktów i wiedzy technologicznej, obsługując globalne branże.
Chińskie firmy, takie jak Han's Laser, HG Tech i Raycus, zyskały popularność dzięki konkurencyjnym cenowo ofertom, zdobywając rosnący udział w rynku.
Producenci niszowi koncentrują się na konkretnych zastosowaniach lub typach laserów, wyróżniając się poprzez dostosowane rozwiązania.
Wraz z postępem technologii laserowej w zakresie precyzji, szybkości i przystępności cenowej, jej ślad przemysłowy będzie się rozszerzał. Wschodzące trendy obejmują inteligentną automatyzację, ekologiczną obróbkę i hybrydowe systemy produkcyjne, pozycjonując technologię laserową jako kamień węgielny transformacji Przemysłu 4.0.