3D lasersnijmachines: Ontdek de nieuwste trends en de toekomst

Lasersnijden is de vroegste en meest gebruikte technologie op het gebied van laserbewerking, goed voor meer dan 70% van het hele veld. Het wordt veel gebruikt in industrieën zoals machines, auto's, ruimtevaart, licht textiel, voeding en medische behandeling.

Traditioneel lasersnijden was voornamelijk beperkt tot vlak snijden. Met de ontwikkeling van lasersnijden technologie is het geleidelijk mogelijk geworden om driedimensionale werkstukken met een vrije vorm te bewerken.

Sinds 's werelds eerste vijfassige CO₂ lasersnijmachine werd in 1979 ontwikkeld door Prima. 3D lasersnijmachines zijn geliefd om hun sterke flexibiliteit, hoge nauwkeurigheid, minimale vereisten voor gereedschap en korte voorbereidingstijd voor de productie.

Momenteel worden ze veel gebruikt voor het bewerken van 3D werkstukken in industrieën zoals de auto-industrie, mechanische productie en ruimtevaart.

1. Soorten 3D lasersnijmachines

Om de bewerkingskwaliteit te garanderen en efficiënt gebruik te maken van de energie van de laserstraal bij 3D-lasersnijden, moet de snijkop langs een vooraf bepaald ruimtelijk traject bewegen terwijl de laserstraalas loodrecht op het oppervlak van het te snijden werkstuk blijft.

Daarom hebben 3D-lasersnijmachines meestal minstens 5 assen nodig, waaronder drie lineaire bewegingsassen (X, Y, Z) en twee roterende assen (twee van de A/B/C-assen). Op dit moment zijn er twee basisstructuren van 3D lasersnijmachines beschikbaar op de commerciële markt: een portaal en een robot.

De eerste heeft meestal een bed of werktafel die lineaire beweging biedt langs de X-, Y- en Z-as, terwijl de snijkop de resterende twee roterende (of zwenk-) bewegingsassen levert.

Deze laatste maakt gebruik van vezeltransmissie (of gelede arm met interne reflecterende spiegels) om te integreren met robots en 3D-lasersnijden uit te voeren.

De prestatievergelijking van de twee wordt weergegeven in Tabel 1.

Tabel 1: Prestatievergelijking van portaal- en robotsnijmachines.

Een krachtige laser is een essentieel onderdeel van lasersnijapparatuur. Afhankelijk van het type laser dat wordt gebruikt, worden 3D lasersnijmachines meestal onderverdeeld in drie categorieën: fiber lasersnijmachines, CO₂ lasersnijmachines en YAG-lasersnijmachines.

De belangrijkste prestatievergelijking van de drie types lasersnijmachines staat in Tabel 2.

Tabel 2: Prestatievergelijking van vezels, CO₂en YAG-lasersnijmachines.

Op dit moment zijn op de commerciële markt fiber lasersnijmachines en CO2 lasersnijmachines de belangrijkste soorten 3D lasersnijmachines.

2. Onderzoeksstatus in binnen- en buitenland

2.1 Driedimensionale fiberlasersnijmachine

Vergeleken met CO₂ lasersnijden en YAG-lasersnijden, heeft fiberlasersnijden bepaalde voordelen op het gebied van snijrendement, foto-elektrisch energieomzettingsrendement, optische padstructuur, onderhoudskosten, snijnauwkeurigheid, enz.

In de afgelopen jaren heeft de ontwikkeling van fiber lasersnijmachines is snel gegaan, vervangt geleidelijk de traditionele CO2 lasersnijmachines en wordt de nieuwe markt mainstream.

Bekende buitenlandse fabrikanten die driedimensionale fiberlasersnijmachines produceren zijn momenteel onder andere het Duitse Trumpf, het Italiaanse Prima Power, het Amerikaanse PREISER en de Japanse Komatsu, NTC, Koike, Mitsubishi, AMADA en MAZAK.

Onder hen hebben de TruLaser Cell 3000, TruLaser Cell 5030, TruLaser Cel 8030, Prima Power's Rapido, Laserdyne 75G, Komatsu's TLH-N series en AMADA's LCG3015AJ II en andere producten van driedimensionale fiberlasersnijmachines een hoge zichtbaarheid.

De TruLaser Cell 3000 vijfassige laserbewerkingsmachine heeft een modulaire structuur en kan verschillende lasers gebruiken. Hij kan bewerkingen uitvoeren zoals lassen, snijden en laserbekleding door de laserbewerkingskop te vervangen. De machine is ook eenvoudig te automatiseren en kan voldoen aan de behoeften van massaproductie. De positioneernauwkeurigheid is relatief hoog, met een positioneernauwkeurigheid van de XNZ-as van ± 0,015 mm en een positioneernauwkeurigheid van de A- en C-as van 0,02°.

De TruLaser Cell 8030 3D lasersnijmachine is geschikt voor het snel snijden van grootschalige thermogevormde zijpanelen van voertuigen. Het bewegingsbereik van de X/Y/Z-as is 3000mm/1300mm/600mm en de asversnelling is 4g. De machine heeft ook een geoptimaliseerde roterende verwerkingstafel, die de niet-productietijd sterk vermindert en de efficiëntie en productiviteit verbetert, zoals te zien is in afbeelding 1.

De Rapido 3D 5-assige lasersnijmachine maakt gebruik van een 2,0-4,0kW fiberlaser, die een flexibele verwerking biedt voor verschillende snijtoepassingen. lastoepassingen. De machine is voorzien van een botspreventiesysteem en een directe aandrijving die terugslag en slijtage voorkomt.

De Laserdyne 795 meerassige laserbewerkingsmachine gebruikt hoogprecieze bewerkingsoppervlakken en aandrijfschroeven met een grote diameter en hoge stijfheid, waardoor hij een hoge mechanische nauwkeurigheid heeft en geschikt is voor snijsnijtoepassingen met hoge snelheid. Hij is ook compatibel met verschillende soorten lasers bronnen zoals vezels, CO₂en YAG, zoals weergegeven in afbeelding 2.

De TLH-N serie ultrasnelle 3D 5-assig De lasersnijmachine voor besturing heeft een hoge stijfheid, een hoge snelheid (X/Y/Z-as snelle verplaatsingssnelheid van 100 m/min, A/C-as snelle verplaatsingssnelheid van 540°/s), een goede bedienbaarheid en een enkelzijdig open ontwerp met een hoge benaderbaarheid.

De LCG3015AJⅡ zeer efficiënte fiberlaserbewerkingsmachine heeft een snelle verplaatsingssnelheid tot 170 m/min en een bewerkingssnelheid van 120 m/min. De machine heeft een hoge productie-efficiëntie, een goede schaalbaarheid en een nieuwe digitale verbeteringsoplossing voor plaatbewerkingvan procesverbetering tot fabriekshervorming, zoals te zien is in Afbeelding 3.

China's industriële laserindustrie is relatief laat op gang gekomen en er is een aanzienlijke kloof in het onderzoek naar en de ontwikkeling van commerciële lasersnijtechnologie in vergelijking met ontwikkelde landen. Met de Chinese overheid op de lijst laserverwerkingstechnologie als een belangrijk wetenschappelijk en technologisch onderzoeksproject, is de interesse in de industrie sterk toegenomen en zijn steeds meer bedrijven en onderzoeksinstellingen begonnen met relevant technologisch onderzoek.

Op dit moment hebben verschillende Chinese bedrijven 3D fiber lasersnijmachine producten gelanceerd, waaronder Hans Laser, HG Laser, Chutian Laser, Bystronic Dne, Gweike en LeMing Laser.

Onder hen zijn de HyRobot C20 fiberlasersnijmachine van Hans' Laser, de AUTOBOT auto 3D 5-assige lasersnijmachine van HG Laser, de SF-serie 3D 5-assige lasersnijmachine, de FC-CBD grote gesloten auto-wisseltafel fiberlasersnijmachine van Dne Laser, de FK3015S auto 3D 5-assige lasersnijmachine van Focus Laser, de STK-S-3015 3D 5-assige lasersnijmachine van Stark en de LMR 3D meerassige intelligente lasersnijmachine van LeiMing Laser bekende producten.

Op dit moment zijn de belangrijkste technische indicatoren van binnenlandse 3D vezellaser snijmachineproducten niet veel verschillen van die van buitenlandse mainstreamproducten, zoals blijkt uit tabel 3.

Tabel 3: Belangrijkste technische indicatoren van 3D fiber lasersnijmachines.

2.2 Driedimensionale CO₂ Lasersnijmachine

CO₂ lasersnijmachines worden momenteel veel gebruikt voor het verwerken van roestvrij staal met een dikte van maximaal 12 mm en niet-metalen materialen met een dikte van maximaal 25 mm. Ze worden veel gebruikt voor het snijden en verwerken van onderdelen voor het interieur en exterieur van auto's en niet-metalen onderdelen in andere industrieën.

Momenteel zijn de belangrijkste buitenlandse fabrikanten van CO₂ lasersnijmachines zijn onder andere het Duitse Trumpf, het Italiaanse Prima Power en de Japanse Komatsu en NTC. Onder hen is de Tru Laser Cell 7040 driedimensionale CO₂ lasersnijmachine van Trumpf, de Optimo 3D 5-assige lasersnijmachine van Prima Power, de TLM series 3D 5-assige besturingslasersnijmachine van Komatsu en de TLM610 3D 5-assige lasersnijmachine met dubbele wisselwerktafel van NTC zijn bekende producten.

De TruLaser Cell 7040 driedimensionale CO₂ De lasersnijmachine heeft een XY/Z asverplaatsing van 4000mm × 2000mm × 1000mm, een B/C asverplaatsing van ±135° en n × 360° en een maximale asversnelling van 4g. De machine heeft meerdere werkgebieden die gemakkelijk geselecteerd kunnen worden op basis van de behoeften, en er kunnen verschillende lasers gebruikt worden. De machine kan verschillende bewerkingstechnieken uitvoeren, zoals lassen, snijden en lasercladden door de laserbewerkingskop te vervangen, zoals weergegeven in afbeelding 4.

De Optimo 3D 5-assige lasersnijmachine is ook geschikt voor het snijden en lassen van grote werkstukken, met een XNZ asverplaatsing van 4500mm × 2500mm × 1020mm en een B/A asverplaatsing van ±135° en 360°. De machine gebruikt een 2,5-4kW snelle axiale stroom en vlakke CO₂ laser. Zoals weergegeven in afbeelding 5.

De TLM610 3D 5-assige lasersnijmachine heeft een bed met portaal, een beweegbare werktafel, een eenpuntssnijkop en een tuimelbesturingskast met gepatenteerde technologie, een speciale snijmondstukstructuur, TDLC-04R hoogwaardige lasersnijmachine, een TDLC-04R snijmachine en een TDLC-04R snijmachine. CNC-systeemen biedt offline programmering.

Momenteel wordt de binnenlandse CO₂ lasersnijden wordt voornamelijk gebruikt in 2D snijmachineproducten, zoals de MS-1380 lasersnijmachine ontwikkeld door Mingsheng Laser Technology Co, Ltd., en de ZT-CC1610 lasersnijmachine ontwikkeld door Zongtong Laser Technology Co, Ltd.. Er zijn momenteel geen commerciële 3D CO₂ lasersnijmachine producten beschikbaar.

3. Ontwikkelingstrends

(1) Hoog vermogen

Door het vermogen van de laser te verhogen, kunnen de verwerkingsmogelijkheden en de efficiëntie verbeterd worden terwijl de verwerkingskosten verlaagd worden. Met de daling van de kosten van lasers, kan het vermogen van mainstreamproducten in 3D-snijden machines is toegenomen van 2kW en 3kW enkele jaren geleden tot 4kW en 6kW.

Tegenwoordig zijn er zelfs producten op megawattniveau op de markt en men gelooft dat producten op megawattniveau de komende jaren de hoofdstroom op de markt zullen worden.

(2) Hoge snelheid en hoge precisie

 Het verbeteren van de positioneersnelheid en -nauwkeurigheid helpt de bewerkingsefficiëntie te verbeteren en te voldoen aan de prestatievereisten van technische machines en andere producten met hoge toegevoegde waarde, waardoor het concurrentievermogen van het product toeneemt.

Momenteel is de positioneersnelheid van gangbare snijmachineproducten 100 m/min, terwijl de hoogste positioneersnelheid van high-speed snijmachines 280 m/min kan bereiken.

(3) Intelligentie

Automatisering en intelligentie in de bediening zijn vereisten van Industrie 4.0 en slimme productie. Steeds meer bedrijven besteden aandacht aan de intelligentie van bewerkingsmachines, zoals open systemen, automatische ontlading, zelfdiagnose van fouten, intelligent beheer van procesgegevens, afstandsbediening, enz.

(4) Diversificatie van functies

Uitbreiding van het bewerkingsbereik van bewerkingsmachines kan de flexibiliteit en het aanpassingsvermogen van bewerkingsmachines vergroten en zo het concurrentievermogen van producten verbeteren. Veel geavanceerde 3D-snijmachineproducten in het buitenland hebben een breed bereik aan bewerkingen.

De TruLaser Cel3000 en TruLaser CⅡ7040 3D lasersnijmachines van Trumpf hebben bijvoorbeeld 3D snij- en lasmetaalafzetfuncties. De Rapido 3D 5-assige lasersnijmachine van Prima Power kan meerdere lasers gebruiken om te voldoen aan de behoeften van verschillende las- en snijprocessen.

4. Conclusie

Tegen de achtergrond van de transformatie van traditionele verwerking naar high-end productie in China's industriële sector, zal de lasersnijindustrie een trend van snelle ontwikkeling blijven handhaven.

In de toekomst zal 3D lasersnijapparatuur zich ontwikkelen in de richting van hoog vermogen, hoge snelheid en hoge precisie, intelligentie en diversificatie van functies.

Op dit moment, in vergelijking met ontwikkelde landen zoals Duitsland, Japan en Italië, is er nog steeds een grote kloof tussen China in termen van 3D lasersnijmachine producten, evenals kerncomponenten zoals lasersnijkoppen en lasers met hoog vermogen, en belangrijke technische gebieden zoals onderzoek en ontwikkeling van lasersnijmachines en onderzoek en ontwikkeling van krachtige CNC-systemen.

Daarom moet wetenschappelijk en technologisch personeel diepgaand onderzoek blijven doen.