Gyártástechnológia

Ipari lézertechnológiák – melyik a jobb?

A lézeres vágás több évtizede bevált technológia a lemezmegmunkálás területén, és számos ipari ágazat igényel így előállítható alkatrészeket. Mik az előnyei a többi területhez képest, illetve milyen kihívásokra kell reagálni a piacképesség érdekében? Balla Viktorral és Lendvai Lászlóval, a Melior Laser Kft. tulajdonosaival beszélgettünk. 

hirdetés

Fotó: Egry Tamás
Számos termikus és nem termikus lemezmegmunkálási, -vágási eljárás létezik. Milyen szempontok szerint hasonlíthatók össze a különböző technológiák?

Azokat a technológiákat érdemes összehasonlítani, amelyek ugyanazon anyagminőségek megmunkálására alkalmasak. Vannak fém-, fa-, műagyag lemezek, különböző kövekből kialakított lemeztáblák. Lemeznek hívjuk azokat a nagy felületi kiterjedésű anyagokat, amelyek vastagsága 0,5 millimétertől 300 milliméterig terjed. A lézerek jelenlegi fejlettségi szintjén fémlemezzel a gyakorlatban 25 milliméterig tudunk dolgozni, ami a lemezek viszonylag kis szegmensét jelenti.

A lemezvágást el lehet végezni vízsugaras vágással, plazmavágással, lézervágással, lángvágással, stancolással és présgépen is. Ezek egymás mellett megférő technológiák, és természetesen mindegyiknek van előnye és hátránya a másikhoz képest. Vízsugaras vágással gyakorlatilag bármilyen anyagot meg lehet munkálni, az egyetlen kikötés, hogy az anyag ne legyen keményebb a gránitnál, hiszen a megmunkálást végző koptatószemcse gránitőrlemény, ezt a többi közül egyik technológia sem tudja. Itt nincs hőhatás, viszont a technológia nagy energiabefektetéssel jár, ezért drága, és szűkebb tűréshatárok esetén utómunkálni kell az anyagot. A plazmavágás hőhatással járó technológia, elég gyors, vastagabb anyagot képes megmunkálni, ráadásul viszonylag olcsó eljárás, ugyanakkor a pontosság elmarad a lézervágáshoz képest – szintén utómunkát igényelhet.

Fotó: Egry Tamás

A lángvágás a legolcsóbb technológia, a legvastagabb anyagok megmunkálását is lehetővé teszi, viszont jelentős hőhatással jár, és durva eljárás, ami szintén felveti az utómunka és az ezt megelőző hőkezelés szükségességét. A mechanikus megmunkálási eljárások, például a stancolás, gyorsak, de szerszámot igényelnek, és itt is szükséges lehet a vágott él utólagos megmunkálása.

Ezekhez képest miben jobb a lézer?

A lézervágás nagyon gyors és precíz – tized milliméteres pontossággal dolgozik –, az eljárás során nincs nagy hőhatás, általában nem jár utómunkával, és nagyon tiszta folyamat, minimális salakanyag keletkezik, mivel kevés az az anyagmennyiség, amelyet a lézersugár elgőzöl, eléget.

Eszerint mindenki lézerrel dolgozna. Mik a hátrányai az eljárásnak?

A vágott anyagok sokféleségében vannak korlátok. Ipari alkalmazásban kétféle lézerforrás létezik, a szén-dioxid-lézer, amely egy gázlézer, és a fiberlézer, amely többféle szilárdtestlézer lehet, száloptikás sugárvezetéssel. Az előbbivel normál acélokat, korrózióálló acélokat, alumíniumot és néhány milliméter vastagságú sárgarezet tudunk vágni, mert ezek az anyagok nyelik el a szén-dioxid-lézer által kibocsátott, infravörös tartományú lézersugarat. Mivel a vörösréz gyakorlatilag 100 százalékban visszaveri ezt a lézersugarat – a szén-dioxid-lézergépben lévő tükrök is vörösrézből készülnek –, a vörösréz, bronz megmunkálása csak fiberlézerrel lehetséges. A fiberlézer sugárzásának hullámhossza tizede a szén-dioxid-lézerének, így ezekben az anyagokban is elnyelődik. A lézer másik hátránya, hogy minden esetben végig kell haladnia a vágófejnek a kivágni kívánt felület kontúrján, ez például egy perforált lemez esetében még a modern gépeknél is sok időt vesz igénybe.

Fotó: Egry Tamás

Ilyenkor érdemes kombigépet használni, amely a stancolás és a lézeres eljárás ötvözetét jelenti; a stancgép nagyon gyorsan (akár 1200 leütés/perc) elkészíti a furatokat, a bonyolult külső kontúrokat pedig lézerrel célszerű megmunkálni, mert a kapott eredmény sokkal szebb és rugalmasabb, nem igényel szerszámokat.

Van arra kilátás, hogy az ipari lézerek a vastagabb anyagok megmunkálására is képesek lesznek?

Igen, itt harc folyik a területek között. Aki lézert gyárt, az próbálja elhódítani a plazmavágással megmunkált területeket, emelni a megmunkálható vastagságot, sebességet, aki pedig plazmát készít, arra törekszik, hogy az egyre finomabb megmunkálásra képes gépekkel a lézeres piactól szerezzen ügyfeleket. 

Mi a kritériuma annak, hogy a lézer képes legyen a 25 milliméternél vastagabb anyagok megmunkálására?

Itt elsősorban a lézerforrás teljesítménye és a sugárminőség számít. Valamikor a 70-es években kezdtek lézert használni az ipar területén, akkor 1 kilowattos teljesítményűek voltak a lézerforrások. Mostanra 8-10 kW-os teljesítménynél tartunk. A vágásra alkalmas lézerek egyelőre ekkora teljesítményre képesek, mert maximum e mellett tudják teljesíteni a másik nagyon fontos kritériumot, hogy a lézergép által kibocsátott sugár jó minőségű legyen. Léteznek ennél sokkal nagyobb teljesítményű lézerforrások is, hegesztéshez, felületkezeléshez akár 20 kW-os teljesítményűt is használnak, a hadiiparban alkalmazott források teljesítménye pedig a csillagos ég, ám ezek nyalábminőségük miatt már messze nem alkalmasak vágásra.  

Egy lézernyaláb pontosságának mi a feltétele?

A lézervágáshoz használt sugár átmérője nagyjából 13 mm, amelynek a közepe a legerősebb, és a széle felé gyengül a teljesítménye. Ezt egy Gauss-görbével írjuk le – a lézersugár keresztmetszetének közepén egy „púp” van, tehát a közepén a legerősebb a teljesítmény. Ez az ideális eset, és legfeljebb 2 kW-os lézerforrásoknál valósítható meg. Az ennél nagyobb teljesítményű forrásoknál a teljesítmény maximum a nyalábban egy, azaz 1 db gyűrű mentén jelentkezik, a nyaláb közepe alacsonyabb teljesítményű. Ezek a nyalábminőségek jól fókuszálhatóak. A 10 kW fölötti teljesítményű nyalábok középső részén több gyűrű is van, ezeket a nyalábokat már nem lehet jól fókuszálni, pedig a vágásnál ez alapvető lenne.

Fotó: Egry Tamás

Lézeres vágás esetén a vágófejben lévő lencse fókuszálja a sugarat. Egy 5 kW-os, 13 mm átmérőjű sugárból 0,15-0,5 mm-es, körszimmetrikus folt lesz, óriási teljesítménysűrűséggel – emiatt lehet vágni a lézerrel. Ha a teljesítményt tovább növelnénk, a fókuszáló lencse sem biztos, hogy kibírná. Az optikai alkatrészek hűtése is jelentős kihívás, ugyanis a hőmérséklet emelkedése hatására torzulhatnak, ami a nyaláb minőségét rontja. Meg kell találni az egyensúlyt a vágási minőség és a határok között.

A fiberlézernek mi az előnye a szén-dioxid-lézerrel szemben?

A fiberlézer technológiája néhány éve jelent meg az ipari gyakorlatban, és mára nagyon sokan foglalkoznak a gépek előállításával. Itt egy optikai szálon vezetik a lézersugarat a vágófejig. A technológia nagy előnye, hogy a szén-dioxid-lézerhez képest 60-70 százalékkal kevesebb energiát használ, kevesebb hűtési teljesítményt igényel. A gép nyalábvezetése egyszerűbb, tükrök helyett optikai szál vezet, amely kevésbé hajlamos a meghibásodásra, karbantartási igénye kisebb. A fiber vágólézerek teljesítménye 6 kW-nál tart.

Eszerint ez az ipari lézertechnológia jövője?

Mindkét előbb említett eljárásnak megvan a létjogosultsága. A fiber sokkal kisebb hullámhosszú lézer. Jobban elnyelődik az anyagokban, viszont nagyon veszélyes a sugárzása a szén-dioxid-lézerhez képest. Utóbbi olyan, mint a nap infravörös sugárzása, a bőrfelületen, illetve a szem külső felületén már elnyelődik. A sugárral való érintkezés égési sérüléseket okoz, de jó esély van a gyógyulásra. A fiberlézer sugárzása a szén-dioxid hullámhosszának a tizedrésze, ez behatol a szembe, és csak az ideghártyán nyelődik el, ami biztos, hogy maradandó károsodáshoz vezet. Éppen ezért a biztonság érdekében alaposan burkolják a gépeket. A megmunkálás során így körülményesebben lehet hozzáférni az alkatrészekhez, ami automatizálás hiányában lassítja például a táblacserét.

Fotó: Egry Tamás

3 mm vastagságig a fiberlézer jóval gyorsabb, mint a szén-dioxid-lézerek, a vágások minősége már közel egyforma. Vastagabb lemeztartományban a sebességük aránya megfordul, a fiber lassabb, és a vágás minősége is rosszabb egyelőre. Jelenleg még nem készült olyan fibergép, amely a szén-dioxid-lézereket minden szempontból leválthatná.

Az energiahatékonyság manapság bármilyen technológia területén az egyik legfőbb kihívás. A többi lemezmegmunkáláshoz képest a lézer milyen erőforrásokat igényel?

Minden technológiánál a fő energiaforráson kívül figyelembe kell venni az egyéb összetevőket is. Vízsugaras megmunkálás esetén például 4000 baros víznyomást kell előállítani, ami egy 100 kW-os pumpa energiaellátása mellett elhasznált vízmennyiséget, koptatószemcsét és jelentős karbantartási költséget jelent, arról nem is beszélve, hogy az eljárás során veszélyes hulladék keletkezik, amelyet aztán el kell távolítani.

A lézeres lemezmegmunkáláshoz is sokféle összetevőre van szükség: az eljárás elsősorban villamos áramot fogyaszt – a korszerű gépek a régiekhez képest már 20-30 százalékkal kevesebbet. A szén-dioxid-lézerhez háromféle lézergáz szükséges: hélium, nitrogén és szén-dioxid. Ezek közül szén-dioxidból nagyon kevés kell, gyakorlatilag évente egy palack elegendő, nitrogénből több, de ez viszonylag olcsó, mivel a levegő 78%-a nitrogén.

Fotó: Egry Tamás

A hélium már problémásabb, a föld alól termelik ki, az ára az utóbbi időben jelentősen emelkedett, ugyanis csak korlátozott mennyiségben elérhető, emellett az ipar és a hadiipar is nagy mennyiségben tart rá igényt. A három közül a hélium a legdrágább gáz, emellett ebből fogyaszt a gép a legtöbbet, egy palack csak két hétig elég. A vágáshoz szükségesek még a vágógázok: oxigén, nitrogén, egyes esetekben argon – ezek jelentős mennyiségben. Ezeket cseppfolyós formában, tartálykocsival hozzák, nitrogénből egy gép akár 100 köbmétert is elfogyaszthat óránként.

Említette, hogy a fiberlézer ezekhez képest jóval energiahatékonyabb. Ez nagy előnyt jelenthet a technológia elterjedésében?

Igen, a fiberlézer a szén-dioxidhoz képest összességében 60-70 százalékkal kevesebb villamos energiát fogyaszt, és igen, előbb-utóbb be kell lépni a fiberlézerek világába. A gép felépítése is egyszerűbb, nem igényel akkora pontosságot, mivel a lézersugarat nem egy bonyolult tükörrendszer, hanem egy optikai szál vezeti a vágófejig. Ezt jól mutatja az is, hogy míg szén-dioxid-lézerforrással 5-6 nagy gyártó volt képes lézergépet készíteni, addig egy tavalyi kiállításon több mint húsz gyártó árult fiberlézert.

Magyarországon mekkora a lézervágás piaca?

A kihívásokkal teli üzleti környezet ellenére bizakodóak vagyunk. Olyan sok ágazat igényel lézeres vágással előállítható alkatrészeket, hogy a lehetőségek köre folyamatosan bővül. Inkább a partnerek felkutatása és igényeik hosszú távon való kielégítése a nehezebb.

Mivel lehet manapság versenyképesnek maradni a lézervágás területén? 

A 2000-es évek elején a lézervágás még unikumnak számított, ma már viszonylag elterjedt technológia. Éppen ezért számunkra az a fontos, hogy több technológiát tudjunk ötvözni, így komplexebb alkatrészek előállítását tudjuk vállalni. A Melior kombigépeket is használ, amelyek a stancolás és a lézervágás technológiáját ötvözik, így sokkal rugalmasabban tudunk alkalmazkodni az ügyfeleink igényeihez, akár szén dioxid-lézerrel nehezen, vagy egyáltalán nem megmunkálható alapanyagok igénye esetén is.

Fotó: Egry Tamás

A kombinált megmunkálás akkor kerül előtérbe, amikor valamit szerszámmal kell megmunkálni: menetet formázni, kétoldalas megmunkálást egyszerre végrehajtani, csavarfejsüllyesztéseket kialakítani, merevítéseket, kihajtásokat elhelyezni az alkatrészen. A kombigép ötvözni tudja a stancolás gyorsaságát és bonyolult kontúron a lézer minőségét és rugalmasságát. Ilyen szolgáltatást sokkal kevesebben nyújtanak Magyarországon, mint az egyszerű lézervágási technológiát.

Elsősorban hazai megrendelőknek dolgoznak?

Igen, több mint 90 százalékban hazai partnereknek értékesítünk, de ezek közül sok a külföldi tulajdonban lévő cég.

Nagyjából mennyi alkatrészt készítenek egy hónapban?

Körülbelül 1500-féle alkatrész készül egy hónapban a Meliornál, és 2-300 tonna acéllemezt dolgozunk fel – a kétdarabos mennyiségtől a sorozatgyártásig. A lézertechnológia egyébként az éves 30-40 ezres nagyságrendű sorozatgyártásig optimális. Elsősorban az elektronikai ipar, a gépgyártás és az építőipar területéről érkeznek a megrendelőink. 

A Melior Laser Kft. számokban

  • megalakulás éve: 2003
  • munkavállalók száma: 42
  • 2013-as árbevétel: 1,3 milliárd forint
  • lézergépek száma: 5
  • legértékesebb gép: 620 ezer euró
(forrás: GyártásTrend)
hirdetés
Ha hozzá kíván szólni, jelentkezzen be!
 
hirdetés
hirdetés
hirdetés
hirdetés