Những tiến bộ trong sản xuất dựa trên công nghệ máy cắt laser

Cuối cùng, khi các nhà chế tạo mua tia laser sợi quang đầu tiên, họ đã học được hai điều: Họ sẽ cắt vật liệu với tốc độ nhanh hơn so với công nghệ CO2 cũ hơn của họ và họ sẽ tiêu thụ nhiều nitơ hơn khi làm việc đó.

Điểm thứ hai không chi phối các cuộc trò chuyện trong quá trình điều tra và mua laser sợi quang mới, nhưng nó sẽ sớm trở thành một lĩnh vực trọng tâm. Nói một cách đơn giản, việc tiêu thụ khí nitơ có thể khá tốn kém và các nhà chế tạo thực sự không có giải pháp thay thế nào nếu họ muốn đảm bảo các cạnh cắt bằng la-de trên các bộ phận của chúng sẽ không có oxit – bề mặt ưa thích cho việc sơn tĩnh điện và bám dính.

Sự cần thiết là mẹ đẻ của phát minh, và với những người chế tạo nó không khác gì nhau. Các nhà chế tạo đã thúc đẩy ngành công nghiệp tìm kiếm các giải pháp thay thế hiệu quả hơn về chi phí cho nitơ lỏng mà họ bắt buộc phải mua theo hợp đồng với số lượng lớn, sương mù hoặc thậm chí là xi lanh. Điều này đã dẫn đến ba xu hướng khí laser riêng biệt có một điểm chung: Các nhà chế tạo đang thể hiện sự quan tâm đến việc tạo ra khí của riêng họ.

Xu hướng số 1: Tạo khí Nitơ

Tạo khí nitơ thực sự không phải là một xu hướng mới, nhưng nó đã thực sự được chú ý trong 5 năm trở lại đây. Công nghệ đã phát triển để nó đáng tin cậy hơn, giúp loại bỏ nỗi lo lớn về việc tia laser bị tắt vì các vấn đề phân phối khí.

Nitơ là thành phần lớn nhất của không khí mà chúng ta hít thở. Nó chiếm khoảng 78 phần trăm không khí, với oxy (20,9 phần trăm), argon (0,9 phần trăm), carbon dioxide (0,03 phần trăm), và các nguyên tố vi lượng của hydro, heli, neon, krypton và xenon chiếm phần còn lại.

Máy phát điện nitơ thường dựa vào một trong hai công nghệ để tạo ra nitơ tinh khiết:

• Các màng sợi rỗng. Trong quá trình cơ học này, khí chảy qua các sợi, với oxy thấm ra ngoài qua các lỗ trong sợi và các phân tử nitơ, không thể lọt qua lỗ chân lông và chảy qua tia laser. Phương pháp này có thể thực hiện được mức độ tinh khiết từ 95% đến 99,5%, tức là 5.000 phần triệu (PPM) oxy. (Có thể đạt đến độ tinh khiết 99,9 phần trăm với lưu lượng 2.500 feet khối tiêu chuẩn mỗi giờ [SCFH] với phương pháp này, nhưng để đạt được hơn 99,9 phần trăm cần rất nhiều năng lượng và có thể tốn kém trong nhiều ứng dụng.)

• Sự hấp phụ xoay áp. Phương pháp tách khí này có lẽ là cách phổ biến hơn để tạo nitơ trong môi trường chế tạo kim loại. Nó dựa vào một sàng phân tử carbon trong một bể để bẫy các phân tử oxy, cho phép các phân tử nitơ đi qua bể theo phương thẳng đứng sang một bể khác. Khi bể đầu tiên không còn có thể hấp thụ thêm bất kỳ ôxy nào nữa, sự thay đổi áp suất xảy ra; bể thứ hai chuyển sang chế độ điều áp, và bể thứ nhất xả hết lượng khí oxy của nó. Sau đó, bể đầu tiên được làm sạch bằng nitơ, và một chu trình tách khác đã sẵn sàng để bắt đầu. Có thể có giá trị tinh khiết từ 95% đến 99,999%, có khoảng 10 PPM oxy, cũng như tốc độ dòng chảy lên đến 20.000 SCFH.

Bây giờ, trong khi quá trình tạo nitơ đã tồn tại trong nhiều năm, các nhà chế tạo đã không được sử dụng rộng rãi trong nhiều năm. Việc giao hàng nitơ lỏng là đáng tin cậy, và nói thẳng ra là nhiều cửa hàng nghi ngờ công nghệ này. Họ có thể có quyền đặt câu hỏi về hiệu suất của máy phát điện nitơ thế hệ đầu tiên, nhưng khoảng 10 năm trở lại đây đã chứng kiến ​​sự cải tiến lớn về công nghệ. Máy nén khí và bộ tăng nitơ tiên tiến hơn nhiều và hàng trăm công trình lắp đặt đã chứng minh độ tin cậy của máy phát điện, đặc biệt khi chúng có kích thước chính xác cho hoạt động của nhà chế tạo kim loại ngày nay và trong tương lai.

Và đây không chỉ là những hệ thống được thiết kế để chạy trong 10 giờ để tạo ra một lượng nitơ dự trữ để sử dụng vào ca làm việc trong ngày. Sự thật là các hệ thống kiểu dự trữ này không thực sự phù hợp với thực tế của một cửa hàng việc làm trong đó thời gian bật đèn xanh có thể quá nhiều vào một số ngày hoặc công việc có thể yêu cầu lưu lượng cao hơn nhiều hoặc phân phối áp suất cao hơn, tiêu thụ nitơ dự trữ rất nhiều. một cách nhanh chóng. Nếu nitơ dự trữ được sử dụng, hệ thống có thể cần 10 giờ không hoạt động trở lên để tích trữ lại.

Hình 1

Các hệ thống ngày nay được thiết kế để chạy 24 giờ / bảy ngày một tuần và được thiết kế theo những tình huống khắt khe nhất (xem Hình 1 ). Ngoài ra, chất tăng nitơ được sử dụng để hỗ trợ những thay đổi trong quá trình phân phối có áp suất.

Trong nhiều trường hợp, máy nén khí và máy bơm tăng áp nitơ có kích thước để mở rộng trong tương lai trong quá trình lắp đặt ban đầu của hệ thống tạo nitơ. Ví dụ: nếu một nhà chế tạo muốn thêm tia laser thứ hai vào cùng một hệ thống nitơ, yêu cầu nhiều SCFH hơn để xử lý vật liệu dày hơn hoặc đang thay thế một máy cũ hơn bằng một tia laser sợi quang mới, công suất cao, thì cửa hàng có thể cần đi từ Hệ thống 3.000-SCFH thành một hệ thống có kích thước gấp đôi. Để làm như vậy, nó có thể chỉ cần thêm một mô-đun máy phát nitơ khác.

Nếu lắp đặt một máy nén khí lớn hơn nhu cầu hiện tại nghe có vẻ hơi lãng phí, hãy suy nghĩ lại. Công suất khí nén bổ sung có thể được sử dụng để chạy bộ hút bụi hoặc thậm chí thiết bị xử lý vật liệu. Khi đến thời điểm sử dụng hết công suất khí nén để cắt laser sợi quang bằng máy phát nitơ, nhà chế tạo có thể mua một máy nén khí nhỏ hơn cho các ứng dụng khác ngoài cắt laser.

Xu hướng số 2: Hệ thống hỗ trợ không khí khô

Sự quan tâm đến các hệ thống trợ giúp không khí khô đã thực sự bùng nổ trong hai năm qua vì chúng cung cấp cho các nhà chế tạo kim loại một tùy chọn tạo khí thay thế khi họ không cần cạnh cắt sáng bóng được cung cấp bởi nitơ được sử dụng làm khí hỗ trợ cắt laser . Họ có được hiệu suất cắt mà không phải trả thêm chi phí (xem Hình 2 ).

Ví dụ, một hệ thống hỗ trợ không khí khô có một máy nén có kích thước bằng một nửa máy nén của hệ thống tạo nitơ, giúp tiết kiệm đáng kể chi phí không chỉ trong khoản đầu tư ban đầu mà còn cả chi phí vận hành liên tục. Trong khi đó, nó có thể có cùng một máy nén tăng áp như một hệ thống nitơ, cho phép nó cung cấp tốc độ dòng chảy tương tự.

Các nhà chế tạo kim loại có thể nghĩ rằng không khí chỉ chứa khoảng 80% nitơ sẽ rất kinh khủng đối với vật liệu được hàn hoặc sơn, nhưng điều đó không nhất thiết là đúng. Trong hầu hết các trường hợp, hệ thống trợ giúp không khí khô có thể tạo ra khí hỗ trợ tạo ra các cạnh cắt bằng laser có thể hàn và sơn được. Thử nghiệm độ bám dính của sơn và thử nghiệm phun muối đã chứng minh điều này.

Điều này đặc biệt xảy ra khi cắt vật liệu dày hơn 1/8 inch. Độ ẩm phải thoát ra từ dòng khí nén đó, không chỉ để tăng tốc độ mà còn làm cho các cạnh cắt dễ tiếp nhận cho các ứng dụng hạ lưu, chẳng hạn như sơn. Đó là một trong những lý do không nên sử dụng không khí cửa hàng đơn giản cho các ứng dụng này: Nó quá “ẩm ướt”. Di chuyển khí nén qua các phương tiện làm khô rộng rãi sẽ làm cho nó có hình dạng như một loại khí hỗ trợ cắt laser phù hợp.

Khi các công ty chứng minh khái niệm này bằng vật liệu dày hơn, nhiều nhà chế tạo đã tỏ ra quan tâm đến các hệ thống hỗ trợ không khí khô này. Cũng cần lưu ý rằng các cửa hàng fab có thể nâng cấp lên loại hệ thống này mà không ảnh hưởng đến hợp đồng hiện có của họ với nhà cung cấp khí số lượng lớn vì các cửa hàng đã cắt giảm khí nén trong nhiều năm.

Xu hướng số 3: Hệ thống kết hợp

Trộn các khí để đạt được một kết quả nhất định không có gì mới trong chế tạo kim loại; thợ hàn đã sử dụng các hỗn hợp khí khác nhau cho các ứng dụng khác nhau trong nhiều năm. Giờ đây, khái niệm này đang thu hút sự chú ý của nhiều nhà chế tạo kim loại đang tìm cách khai thác nhiều hơn các tia laser sợi quang của họ

.

Hệ thống hybrid kết hợp khí theo cách độc quyền bao gồm máy tạo nitơ, sản xuất nitơ ở mức độ tinh khiết cao hơn mức bình thường có thể có trong hệ thống tiêu chuẩn và hệ thống hỗ trợ không khí khô. Sau đó, việc thiết lập thiết bị độc quyền sẽ trộn các khí theo tỷ lệ cụ thể để tạo ra các khí hỗ trợ cải thiện hiệu suất cắt laser sợi quang điển hình. Các hệ thống kết hợp này đã giúp tăng tốc độ cắt bằng laser của thép nhẹ lên 40% trong một số ứng dụng nhất định và loại bỏ sự sai lệch do cắt laser 1-in. nhôm ở những người khác.

Các hệ thống này cũng cung cấp một mức độ linh hoạt – nhà chế tạo kim loại có thể chọn cắt chỉ bằng nitơ do máy tạo nitơ tạo ra hoặc chỉ không khí khô được tạo ra bởi hệ thống hỗ trợ không khí khô. Tất cả các cơ sở được bảo hiểm.