SOUČASNÉ MOŽNOSTI LASEROVÉHO ZPRACOVÁNÍ MATERIÁLU VE FIRMĚ LASER-TECH, SPOL. S R. O.

Transkript

1 SOUČASNÉ MOŽNOSTI LASEROVÉHO ZPRACOVÁNÍ MATERIÁLU VE FIRMĚ LASER-TECH, SPOL. S R. O. Alois Koutný a Jaroslav Grézl b a) LASER-TECH, spol. s r.o., Vejdovského 4a, Olomouc, akoutny@laser-tech.cz b) LASER-TECH, spol. s r.o., Vejdovského 4a, Olomouc, jgrezl@laser-tech.cz Abstract The lecture presents the findings from several studies and describes the present technical possibilities available in the firm LASER-TECH, Ltd., which operates in the area of application of laser technology in manufacturing, primarily in engineering. As a public limited company, it was registered in At the some time, information is provided on the activities of the subsidiary research-and-development company LASER-TECH R&D Ltd., which mainly deals with research and development in the area of laser technological complexes and laser technologies, and which founded in LASER-TECH is now offering: - manufacturing cooperation in application of laser technology - cutting (2D and 3D), welding and transformation hardening, - development of new laser technology - surface melting, alloying, cladding, etc., - consultation and service in the field of laser technology, including the diagnostics of CO 2 laser beam (2D and 3D) and power measurement. The lecture concludes with a brief description and evaluation of technological equipment for laser processing of materials by two British firms, from which LASER-TECH has acquired exclusive distributorship, for Profile 600 for the laser cutting system LAZERBLADE and for the laser marker SCRIBA, by the world-renowned firm Electrox. 1. ÚVOD V posledních letech bylo možné ve všech průmyslově vyspělých zemích pozorovat značné soustřeďování tvůrčích sil na využití koncentrovaných zdrojů energie v praktických průmyslových aplikacích. Zvlášť výrazně se toto úsilí projevovalo u laserů, a to jak v oblasti výzkumu laserů, jakožto zdrojů energie a výzkumu fyzikálních a fyzikálně chemických procesů, které probíhají při interakci laserového záření s materiálem, tak v oblasti výrobních aplikací. Lasery představují v technologických procesech novou kvalitu. V mnoha zemích jsou již dlouhodobě vynakládány značné finanční prostředky i kapacity na výzkum, vývoj, výrobu a aplikace laserů ve strojírenské výrobě. Výsledkem tohoto velkého úsilí byl vznik nového samostatného oboru laserové strojírenské technologie. 2. LASEROVÉ TECHNOLOGICKÉ KOMPLEXY A LASEROVÉ TECHNOLOGIE Světový vývoj, prognostické studie i počet každoročně instalovaných technologických laserů ve strojírenství shodně potvrzují, že laserové technologie jsou ve strojírenství perspektivní a žádná průmyslově vyspělá země nemůže tento vývoj ignorovat, aniž by se vystavila možnosti technologického zaostávání.

2 Vývoj technologických aplikací laserů lze sledovat v těchto úrovních: - vývoj v oblasti konstrukce výkonových laserů, - vývoj v oblasti laserových technologií, - vývoj laserových systémů s pokročilou automatizací a robotizací. Řada výrobců nabízí laserová technologická zařízení převážně na bázi plynových CO 2 laserů nebo pevnolátkových Nd:YAG laserů v nejrůznějších provedeních nebo verzích z hlediska výkonu laseru, velikosti pracovního stolu, počtu stupňů volnosti apod. Největšího rozšíření dosáhla až dosud laserová technologická zařízení pro řezání a svařování plechů a dále následují zařízení určená pro povrchové tepelné zpracování. Mezi běžné, příp. dosud vývojové technologie lze zařadit: 1. laserové vrtání a řezání (tepelné dělení) materiálu, 2. laserové svařování, 3. laserové popisování (značení), 4. laserové povrchové zpracování kovů - transformační zpevnění (kalení), - homogenizace (natavení povrchu-změna struktury), - povlakování, - legování, - glazování aj. Význam laserových technologií je třeba hodnotit komplexně z hlediska celého výrobního procesu. Hlavní přínos laserových technologií ve většině případů nespočívá pouze ve zdokonalení jednotlivých dílčích technologických postupů, ale především v možnosti změny celé tradiční struktury výroby. 3. Z HISTORIE VZNIKU SPOLEČNOSTI Společnost LASER-TECH, spol. s r.o. ( byla první českou soukromou firmou, která začala podnikat v oblasti laserových technologií ve strojírenské výrobě. Je registrována od roku 1991 a byla založena několika vědecko-výzkumnými pracovníky z oddělení laserových technologií odboru výzkumu materiálu a technologie bývalého výzkumného ústavu koncernu SIGMA v Olomouci, kteří se danou problematikou aplikovaného výzkumu zabývali od roku Společnost vznikla po postupné reorganizaci VÚ SIGMA a následné privatizaci jeho oddělené části - Výzkumně-vývojových služeb s.p. V období kolem roku 1985 bylo uvolněno ze státních zdrojů značné množství devizových prostředků, které byly přiděleny některým výzkumným ústavům a určeny na nákup laserových technologických center za účelem rychlejšího vývoje laserových technologií a jejich zavádění do výrobních podniků. Tak byl také získán do VÚ SIGMA v Olomouci 5+1 osý laserový systém s CO 2 laserem o výkonu 2500 W britské firmy Control Laser Ltd., určený pro vývojové práce a zavádění laserových technologií v podnicích bývalého koncernu SIGMA. Výzkumné práce byly financovány převážně ze státních prostředků na úrovni státního plánu RVT. Někteří současní zaměstnanci společnosti LASER-TECH se v období let zabývali v podmínkách výzkumného ústavu řešením řady problémů, např. - zajištěním a uvedením do provozu 5-osého laserového technologického centra, v té době u nás zcela ojedinělého zařízení, jeho programováním a zvládnutím technologií laserového řezání, svařování a transformačního zpevnění (kalení), viz [1], [2], - studiem vztahu technologických parametrů a strukturně-mechanických vlastností materiálů v procesu laserového transformačního zpevnění (u uhlíkových a korozivzdorných martenzitických ocelí) [3], [4], [5], [6],

3 - experimenty sledujícími vliv laserového kalení na zvýšení životnosti důležitých funkčních součástí v provozních podmínkách [7], [8], [9], - hodnocením antireflexních nátěrových hmot pro laserové tepelné zpracování různých výrobců a vývojem vlastního antireflexního nátěru pro kalení ocelí [10], - studiem matematických modelů teplotních polí vznikajících při interakci laserového záření s materiálem [11], [12], - provozní diagnostikou analýzou laserového svazku pomocí analyzátoru v rovině i v tříroz-měrném zobrazení aj. [13]. Po listopadu 1989 došlo ke značnému omezení finančních prostředků ze státních zdrojů mj. i na vědu a výzkum. Za této nové situace se výzkumná pracoviště ocitla bez finančních prostředků na výzkum a to i v oblasti laserového zpracování materiálu a tyto výzkumně vývojové práce byly rokem 1990 prakticky zastaveny. Většina pracovníků laserových výzkumných týmů odešla ze svých pracovišť a tyto týmy postupně zanikly (SVÚM, SVÚOM, FzÚ ČSAV). Tým pracovníků ve VÚ SIGMA se existenčně udržel a jeho část se stala základem společnosti LASER-TECH. 4. SOUČASNÉ TECHNOLOGICKÉ MOŽNOSTI Firma LASER-TECH v současné době nabízí - výrobní kooperace v oblasti aplikací laserových technologií řezání (2D i 3D), svařování a transformační zpevnění (kalení), - vývojové práce v oblasti nových laserových technologií povrchové natavování, legování, povlakování aj., - poradenské, konzultační a servisní činnosti v daném oboru, včetně diagnostiky CO 2 laserového svazku (2D i 3D) a měření výkonu. Společnost LASER-TECH i nadále udržuje kontakty s řadou vědecko-výzkumných institucí, vysokých škol a různých vývojových firem domácích i zahraničních. Např. se Společnou laboratoří optiky Univerzity Palackého a Fyzikálního ústavu AV ČR v Olomouci založila společné laserové pracoviště. Tato spolupráce zajistí i v budoucnu využití nových poznatků základního i aplikovaného výzkumu při rozvoji aktivit společnosti LASER-TECH. V roce 1997 byla založena dceřiná společnost LASER-TECH R&D s.r.o., jejímž předmětem činnosti a podnikání je výzkum a vývoj v oblasti laserových technologických komplexů a laserových technologií a dále vývoj optických prvků, přístrojů a zařízení. Hlavním předmětem podnikání společnosti LASER-TECH, která má v současné době více než 25 zaměstnanců, jsou praktické aplikace laserových technologií ve výrobě, především strojírenské. Největší objem prací představují v současné době výrobní kooperace v oblasti laserového řezání a společnost si zajišťuje již téměř 10 roků převážnou část svých příjmů službami jako LASER JOB SHOP. Objem vlastních výkonů (tj. bez materiálu) např. v oblasti laserového řezání při 3 směnném provozu přesahuje již 30 mil. Kč ročně ( roce 2000 společnost přijala a zajistila výrobu 1857 zakázek od 335 zákazníků). Řezání laserovým svazkem je ve srovnání s klasickými technologiemi často ekonomicky velmi výhodné a přináší největší úspory nákladů ve výrobním procesu. Do roku 1999 společnost LASER-TECH disponovala pěti pouze staršími laserovými technologickými komplexy, které získala většinou z výzkumných pracovišť, která postupně po roce 1990 zanikala tři jsou od firmy Control Laser Ltd. (CLL) s CO 2 lasery o výkonu 2500 W, další je komplex od firmy Laser-Optronic s CO 2 laserem firmy Coherent výkonu 1500 W a poslední je laserový řezací systém vzniklý ve spolupráci německé firmy FEHA Halle a ZPA Nový Bor s CO 2 laserem o výkonu 400 W. Stroje CLL s CO 2 lasery o výkonu v kontinuálním režimu 2500 W umožňují řezání např. uhlíkových ocelí do tloušťky 12 mm, korozivzdorných austenitických ocelí do 5 mm, dřeva a

4 nekovových materiálů mm apod., lokální povrchové kalení ocelí a litin do hl. 0,8 1,0 mm, při šířce stopy max. 6-7 mm a svařování do tl. 4 mm. Pracovní stoly x-y mají rozměry od 600x600 mm do 1000x mm a zdvih v ose z až 300 mm. Použitím universální pracovní hlavy lze jedno z laserových komplexů řídit v 5 osách, což umožňuje prostorové řezání např. výlisků z plechu apod. Při zadávání tvaru lze použít data z jiných systémů CAD/CAM. Laserový řezací systém s laserem firmy FEHA umožňuje řezání např. ocelových plechů do tl. 3 mm, avšak v poslední době se používá především pro řezání dřeva a plastů. Maximální řezací plocha stolu je 2200x1600 mm. V roce 1999 započala společnost LASER-TECH s obnovou a modernizací strojního parku a to zakoupením nového laserového řezacího zařízení TRUMATIC LY 2500 s Nd:YAG laserem o výkonu 800W od německé firmy TRUMPF. Tím se značně rozšířila nabídka technických možností laserového řezání a také zvýšila produktivita práce. Některé hlavní údaje o technologických parametrech stroje jsou uvedeny v tabulce 1. Tabulka 1 Laserové řezání na laserovém řezacím stroji TRUMATIC LY 2500 s pevnolátkovým Nd:YAG laserem o výkonu 800 W Polotovar plech, trubka, příp. jiný profil Materiály oceli konstrukční - uhlíkové a nízkolegované (pracovní plyn O 2 ) do tloušťky 10 mm oceli korozivzdorné (nerez) - martenzitické a austenitické (N 2 ) oceli korozivzdorné (nerez) - martenzitické a austenitické (O 2 ) slitiny hliníku (N 2 ) mosaz (N 2 ) pozinkovaný plech (N 2 /O 2 ) do tloušťky 5 mm do tloušťky 1 mm do tloušťky 1,5 mm Formát plechu Přesnost - poziční odchylka Šířka spáry řezu Max. hmotnost obrobku max x 1250 mm ± 0,1 mm 0,25-0,35 mm 250 kg V roce 2000 společnost pokračovala s výměnou strojů. Byly zajištěny nabídky předních evropských firem vyrábějících laserové řezací systémy s požadavkem na výkon CO 2 laseru 2500 až 3000 W a velkosti pracovního stolu x-y pro velký formát plechu, tj. 3 x 1,5 m a provedeno výběrové řízení. Jako optimální řešení pro potřeby společnosti LASER-TECH se ukázala nabídka britské firmy Profile 600, patřící do významného holdingu The 600 Group na stroj LAZERBLADE, který byl od této firmy zakoupen a uveden koncem roku 2000 do provozu. Tento nový stroj s CO 2 laserem o výkonu 2500 W a automatickým paletovým x-y stolem pro plech o velikosti 3 x 1,5 m dále podstatně rozšířil stávající technické i kapacitní možnosti a současně i nabídku laserového řezání materiálu zákazníkům společnosti LASER- TECH. Některé hlavní údaje o technologických parametrech stroje jsou uvedeny v tabulce 2.

5 Tabulka 2 Laserové řezání na laserovém řezacím stroji LAZERBLADE s plynovým CO 2 laserem o výkonu 2500 W Polotovar plech, trubka, příp. jiný profil Materiály oceli konstrukční - uhlíkové a nízkolegované (pracovní plyn O 2 ) do tloušťky 18 mm oceli korozivzdorné (nerez) - martenzitické a austenitické (N 2 ) oceli korozivzdorné (nerez) - martenzitické a austenitické (O 2 ) slitiny hliníku (N 2 ) mosaz (N 2 ) pozinkovaný plech (N 2 /O 2 ) do tloušťky 8 mm do tloušťky 10 mm do tloušťky 5 mm Formát plechu Přesnost - poziční odchylka Šířka spáry řezu Max. hmotnost obrobku max x 1500 mm ± 0,1 mm 0,3-0,8 mm 1000 kg 5. VÝHRADNÍ ZASTOUPENÍ BRITSKÝCH FIREM V průběhu roku 2000 získala společnost LASER-TECH výhradní zastoupení dvou britských firem v České republice a Slovensku a to Profile 600 ( na laserové řezací systémy LAZERBLADE a světoznámé firmy Electrox ( na laserové popisovačky SCRIBA. 5.1 Profile 600 Firma Profile 600 byla zřízena za účelem výroby a prodeje nového laserového řezacího systému LAZERBLADE, který byl poprvé vystaven na veletrhu MACH 98. Tento systém byl nadšeně uvítán na britském trhu a brzy se uskutečnil prodej mimo britský ostrov do Itálie a USA. V současné době jsou jmenováni zástupci i pro jiné země, kteří zajišťují prodej a dovoz těchto strojů. Společnost LASER-TECH podepsala v roce 2000 smlouvu s Profile 600 na výhradní zastoupení v České republice, Slovensku a dočasně i Polsku. Stroje LAZERBLADE se nabízí a vyrábí v celkem šesti variantách. CO 2 lasery, které vyrábí firma Electrox, jsou ve výkonové řadě 1500, 2500 a 3000 W, pracovní stůl x-y je volitelný, buď v provedení manuálním, nebo jako automatický paletový stůl. Tým odborníků, který úspěšně vyvinul řadu strojů LAZERBLADE se zaměřil především na kvalitu, flexibilitu, tj. pružné reagování na požadavky zákazníků a produktivitu laserového řezacího systému, ale za reálnou cenu, aby si udrželi náskok před konkurencí. Bylo nutné zvýšit výkon a kvalitu řezání a přitom snížit náklady na výrobu součástí. LAZERBLADE nemá žádné neproduktivní vybavení a jeho schopnost řezat měkké oceli i oceli korozivzdorné je vysoká, takže představuje ideální řešení pro převážnou většinu aplikací. Vyloučením neproduktivního vybavení byla vytvořena řada laserových systémů, určených jak pro ty, kdo je budou používat poprvé, tak i pro ty, kdo chtějí doplnit již existující

6 laserové vybavení - to vše při ceně značně nižší, než u jiných srovnatelných laserových strojů na trhu. Hlavní přednosti stroje LAZERBLADE jsou - CNC řízení Fanuc 18i a digitálními AC servopohony a motory, - zcela uzavřená dráha svazku s čistěním vzduchu za účelem snížení údržby, - manuální paletový stůl s polohováním obrobku, - sběrače pro odebírání malých součástí, - databáze pro rychlou volbu parametrů zpracování, - přenos programů pomocí sériového portu, - on-line diagnostika poruch. 5.2 Electrox Firma Electrox byla založena před více než 25 lety. Jejím cílem bylo využití možností laserů pro zpracování materiálů. Firma byla první, která vyvinula komerční CO 2 laser s rychlým axiálním prouděním plynů. Electrox nyní jako člen The 600 Group vyrábí kompletní sortiment laserů pro řezání, svařování, vrtání a popisování. Kromě laserových Nd:YAG popisovaček vyrábí Electrox také CO 2 a pulsní Nd:YAG lasery pro řezání a svařování. V současné době je ve více než 40-ti zemích světa nainstalováno přes 1400 laserů Electrox. Společnost LASER-TECH uzavřela s firmou Electrox smlouvu o výhradním zastoupení v České republice a Slovensku na veškerý sortiment laserových popisovaček SCRIBA. Popisovací Nd:YAG lasery SCRIBA se staly standardem popisovacích laserů, neboť poskytují vysokou užitnou hodnotu za požadovanou cenu. Nabízené typy popisovaček : - Scriba E - výchozí laser vhodný pro nízkou až střední úroveň objemu produkce - Scriba - Nd:YAG laser Scriba původní koncepce - Scriba Duo - verze laseru Scriba s dvojitou hlavou - Scriba II - vysokovýkonné provedení Scriba - Scriba II Duo - verze laseru Scriba II s dvojitou hlavou - Scriba II D40 - Scriba II s diodovým čerpáním - Scriba II Duo D40 - verze laseru Scriba II D40 s dvojitou hlavou - Scriba Work Stations - výběr pracovních stanic pro samostatné popisovací a značkovací práce Scriba Duo jsou lasery s dvojitou hlavou, které umožňují popisování většího pole a tím zvýšenou produktivitu překračující možnosti laseru s jednou hlavou. Výhody popisování s lasery SCRIBA : - Scriba umožňuje vytvářet nesmazatelné, elegantní a snadno rozlišitelné popisky. - Scriba ideálně kombinuje snadnost použití se spolehlivostí a nízkými provozními náklady. - Trvanlivé popisy vytvořené pomocí laseru Scriba jsou hlavní obranou proti padělání. - Přesný čárový kód a jiné symboly generované pomocí Scriba zajišťují spolehlivé sledování produktu v nepříznivém prostředí. - S laserem Scriba není třeba používat inkoust, škodlivé kyseliny, nepříjemná rozpouštědla, opotřebovávat nářadí, případná deformace součástek je udržena na minimální úrovni. - Software pod operačním systémem Windows je přátelský pro programátory i uživatele. - Laser Scriba lze snadno umístit do výrobní linky a získat tak integrovaný popisovací systém. - Pracovní stanice Scriba jsou k dispozici pro samostatné popisování bez dalších doplňků. - Všechny lasery Scriba mají dálkouvou diagnostiku a on-line podporu aplikací.

7 6. ZÁVĚR Tým pracovníků společnosti LASER-TECH je připraven a schopen řešit potřeby a problémy z oblasti strojírenské výroby z hlediska technického, ekonomického i časového formou kooperace na laserových strojích. Firma velmi pružně reaguje na požadavky zákazníků. Je schopna v oblasti laserového řezání zajišťovat jak kusovou výrobu, tak i desetitisícové série. Dodací termíny jsou nabízeny od několika hodin do několika dnů. V případě potřeby laserových řezacích a popisovacích strojů nabízí LASER-TECH výrobky předních světových firem vysoké technické úrovně za rozumnou cenu, k nimž poskytne kvalitní, rychlý a cenově zajímavý servis. LITERATURA [1] KOUTNÝ, A., HRABOVSKÝ, M., SEDLÁČEK, J. Aplikační pracoviště laserových technologií koncernu SIGMA, [Výzkumná zpráva], SIGMA VÚ Olomouc, [2] HRABOVSKÝ, M., KOUTNÝ, A., SEDLÁČEK, J. Využití laseru pro technologické aplikace v koncernu SIGMA, Čerpadla, potrubí, armatury, č.1, [3] KOUTNÝ, A., URBANEC, Š. Posouzení strukturních vlastností čs. materiálů po zpracování laserovými technologiemi, [Výzkumná zpráva], SIGMA VÚ Olomouc, [4] KOUTNÝ, A., URBANEC, Š., GRÉZL, J., KONEČNÝ, J. Parametry laserového tepelného zpracování a jejich optimalizace a výsledky průzkumu aplikací laserových technologií v k.p. koncernu SIGMA, [Výzkumná zpráva], SIGMA VÚ Olomouc, [5] URBANEC, Š., KOUTNÝ, A., KONEČNÝ, J. Příspěvek k laserovému transformačnímu zpevnění martenzitických korozivzdorných ocelí. In Sborník I. čs. konference se zahr. účastí Laserové zpracování kovů, ST ČSVTS, Košice, [6] KOUTNÝ, A., URBANEC, Š., GRÉZL, J. Využití laserových technologií a metody hodnocení užitných vlastností materiálů po LTZ, [Výzkumná zpráva], SIGMA VÚ Olomouc [7] HRABOVSKÝ, M., KOUTNÝ, A., URBANEC, Š. Resistance to Cavitation Erosion and Erosion by Hard Particles of Some Metallic Materials After Laser Transformation Hardening. In Proc. of the International Conference on Lasers in Manufacturing [LIM-4], Birmingham, [8] KOUTNÝ, A., URBANEC, Š. a kol. Aplikace laserových technologií u výrobků koncernových podniků SIGMA, [Výzkumná zpráva], SIGMA VÚ Olomouc, [9] URBANEC, Š., KOUTNÝ, A., GRÉZL, J., SEDLÁČEK, J. K problematice laserového transformačního zpevnění součástí z výrobního programu koncernu SIGMA. In Sborník konference Speciální technologie 90, ČSVTS k.p. ŠKODA, Plzeň, [10] KOUTNÝ, A., GRÉZL, J., ŠINDELÁŘ, Z., HRABOVSKÝ, M. Absorpční nátěr pro transformační zpevnění ocelí při ozařování kontinuálním CO 2 laserem [nepublikovaná práce], [11] KOUTNÝ, A., GRÉZL, J., SEDLÁŘ, M., URBANEC, Š. K matematickému modelování povrchového laserového tepelného zpracování ocelí. In Sborník I. čs. konference se zahran. účastí Laserové zpracování kovů, DT ČSVTS Košice, [12] GRÉZL, J., KOUTNÝ, A., SEDLÁŘ, M. Matematické modelování teplotních polí při interakci kontinuálního laserového záření s kovovým materiálem, [Výzkumná zpráva], SIGMA VÚ Olomouc, [13] GABRYŠ, V. Provozní diagnostika svazku technologického laseru, [Výzkumná zpráva], SIGMA VÚ Olomouc, 1990.