Testy laserów fiber do cięcia blach

Szanowni Państwo,

Lasery tak jak inne podobne urządzenia do wycinania kupuje się w konkretnym celu -do zarabiania pieniędzy.
Lasery kosztują nie mało więc wybór urządzenia które będzie zarabiało najwięcej i najszybciej jest najważniejszą decyzją przy zakupie.
Oczywiście każda firma twierdzi, że robi najlepsze i najszybsze lasery, które wycinają prawie za darmo i nigdy się nie psują.
Jeśli jednaj będziemy zapewnieniom wierzyli na słowo to szybko się okaże, że dana maszyna nie była jednak najlepszym wyborem.

Jedynym rozwiązaniem jest porównanie interesujących Państwa urządzeń w praktyce.
Okazuje się bowiem, że różnice w wydajności pomiędzy oferowanymi na rynku laserami są tak duże, że czasami jeden laser jednaj będzie miał wydajność większą niż 2 lasery innej.
Jak widać więc nie chodzi o pojedyncze procenty tylko o wielokrotności.

Większość zainteresowanych uważa, że na wydajność cięcia ma wpływ przede wszystkim moc źródła lasera.
W sytuacji gdy tniemy grube blachy to rzeczywiście jest to jeden z kluczowych czynników ale nie jedyny.
Bardzo ważna jest również konfiguracja optyki na co prawie nikt nie zwraca uwagi.

Wszystkie lasery generalnie służą do cięcia blach cienkich i próby zwiększania grubości cięcia poprzez zwiększanie mocy dają już niewielkie efekty.
Np. laser o mocy 1kW tnie blachę czarną do 6mm a laser 2kW do 15mm natomiast laser 4kW tylko 20mm a aby jako tako ciąć 25mm potrzebujemy kolejnych 2kW.
Nakłady są w tej sytuacji niewspółmiernie duże do osiągniętych efektów.
Poza tym jakość cięcia przy takich grubościach jest porównywalna do cięcia za pomocą plazmy która jest wielokrotnie tańsza.
Za dopłatę z 4kW do 6kW można kupić plazmę która bez problemów będzie cięła i 50mm.

Lasery światłowodowe doskonale natomiast spisują się przy cienkich blachach gdzie żadna technologia cięcia nie jest w stanie się z nimi równać.
Jednak przy cienkich blachach gdzie prędkości cięcia są bardzo duże, np. 1m/s wydajność lasera nie jest już ograniczona mocą źródła tylko dynamiką maszyny.

O ile moc lasera można porównać bardzo łatwo to parametrów dynamicznych poszczególnych laserów już nie.
Parametrów określających wydajność układu sterowania i mechaniki jest tak dużo, że przeciętny użytkownik nie jest w stanie określić co będzie dla nie go korzystniejsze.

Nie ma zatem innego wyjścia jak przeprowadzić próby.
Tylko uwaga! nie mogą to być próby na przypadkowych detalach i kształtach które pokaże nam sprzedawca lasera.
Firmowe próbki są najczęściej przygotowywane w taki sposób aby wyeksponować zalety i ukryć wadu konkretnego lasera.

Należy więc samemu przygotować detal testowy, który będziecie chcieli wycinać.
Detal taki powinien zawierać wszystkie rodzaje kształtów jakie są powszechnie używane w technice.

Próbka powinna zawierać okręgi o różnych promieniach, prostokąty różnych wielkości, kształty typu spline oraz polilinie czyli obiekty składające się z dużej liczby krótkich odcinków połączonych ze sobą.
I właśnie jakość i szybkość wykonywania tych ostatnich decyduje o jakości i wydajności systemu sterowania.

Dlatego na testowym detalu należy umieścić koniecznie elipsy, spliny i polilinie.
Te ostatnie najprościej wstawić jako litery z czcionki o obłych i skomplikowanych kształtach.

Nie należy w żadnym wypadki wysyłać przygotowanego wzoru wcześniej ponieważ najczęściej kształty zostaną ręcznie przerobione na łuki, a ustawienia maszyny zoptymalizowane do tego kształtu. Nikt w normalnych warunkach produkcyjnych takich czynności nie będzie robił i dlatego tak ważne jest aby być osobiście przy wykonywaniu wszystkich czynności niezbędnych do wycięcia detalu począwszy od wczytania pliku dxf, wygenerowania ścieżki i wycięcia.
Dopiero taki scenariusz da rzetelne rezultaty.

Zainteresowany powinien odwiedzić każdą z firm oferującą taki laser i na tych samych plikach i grubości blach powtórzyć testy. Dopiero wówczas potencjalny nabywca będzie miał pewne dane do porównania wydajności interesujących go maszyn.

Kolejnym czynnikiem jest jakość wycinanych detali i o ile sama jakość krawędzi jest uzależniona również od kompetencji operatora to dokładność samego odwzorowania kształtów już nie koniecznie.
Najeży zwrócić uwagę na to czy kształty nie są zdeformowane, a okręgi nie są jajkami i czy nie ma zafalowań przy narożnikach.

Szanowny Panie,

Nie odnosiłem się do jakiejkolwiek marki -nawet do naszej ponieważ temat nie dotyczy konkretnego urządzenia.
Ale spróbuję odnieść się do Pana wypowiedzi.

Zacznijmy od grubości blachy.
Dla jednych blacha 1mm to cienka, a 5mm to blacha gruba, a dla innych 5mm to cienka a 50mm to gruba.

Również grubość blachy przy której istotniejsza jest prędkość cięcia ograniczona mocą lasera niż dynamiką maszyny jest różna.

Im moc lasera jest większa tym ta granica przesuwa się w grubsze blachy.

Moc lasera nie jest cechą konkretnego urządzenia ponieważ moc jest taka jakie źródło zamówi klient. Nie ma powodu aby laser jednej firmy ciął z inną prędkością na prostej linii niż laser innej firmy przy takim samym źródle i optyce.

Natomiast jest kilka powodów dla których dynamika maszyn może być bardzo różna.
Podsumowując to można stwierdzić, że każdy może włożyć do swojego lasera źródło o mocy jaka sobie zażyczy klient, ale nie każdy zrobi maszynę o dynamice, która tą moc będzie mogła tak samo wykorzystać.

Oczywiście im grubsza blacha tym wpływ dynamiki maszyny na wydajność maleje ale będzie wciąż istotna. Nasze próby wykazały, że przy blasze 3mm zwiększenie dynamiki pracy maszyny pozwoliło na zwiększenie ilości wykonanych detali w ciągu godziny o 30%, a przy drobnych elementach z blachy 1mm nawet o 100%.

Oczywiście to tylko twierdzenia, więc zachęcam wszystkich aby po prostu przed zakupem samodzielnie sprawdzili i porównali faktyczne różnice w wydajnościach cięcia różnych laserów.

Natomiast wycinanie na laserze kształtów prostych składających się z długich prostych i okręgów nie sprawia problemów jednak nie jest prawdą ,że nie używa się kształtów skomplikowanych. Bardzo wiele elementów zdobniczych np. do architektury to skomplikowane kształty często projektowane w Corelu, a nie w Autocadzie.
Rozety, zdobione okapy, lampy, zawierają mnóstwo drobnych skomplikowanych kształtów.
Na takie elementy jest coraz większe zapotrzebowanie i kupując laser na usługi na pewno będzie trzeba wycinać takie kształty.

Przykładem tu może być jeden z użytkowników lasera Kimla, który dokonał zakupu tylko dlatego, że żadna firma z okolicy nie była mu w stanie wycinać elementów do produkowanych przez niego lamp.

Drobne designerskie kształty powodowały, że różnice w czasach cięcia pomiędzy maszyna Kimla a innymi laserami na których próbował to robić dochodziły do 10x i nikt nie chciał tego robić ponieważ maszyny drgały i szarpały do tego stopnia, że maszyny jeździły po posadzce.

Oczywiście, można powiedzieć, że projekty były źle przygotowane.
Ale co to oznacza? Jeśli klient chce mieć kształty takie jak zaprojektował to znaczy że laser powinien je wyciąć. Jeśli nie może tego robić po prostu tracimy klienta.

Firma Kimla stosuje specjalną optykę w głowicach Ligthcutter firmy Precitec, która jest przystosowana do przenoszenia mocy do 8kW. Zastosowanie nowego typu głowicy pozwoliło na zaoszczędzenie kilku kilogramów niepotrzebnej masy.
Jest to głowica najnowszej generacji, która od początku była zaprojektowana jako głowica dla laserów fiber. Głowica HPSSL, którą stosuje większość producentów laserów jest starą konstrukcją głowicy dla laserów CO2 z dołożonym kolimatorem i złączem światłowodu.

A skoro Szanowny kolega już się tak zachwyca laserami konkurencji to może wytłumaczy dlaczego najbardziej podkreślaną zaletą ich maszyn jest to, że napędy stosowane przez nich to nie są napędy serwo tylko napędy liniowe.

Jeden klient ze zdumieniem podkreślał, że pomimo zwrócenia im uwagi, że przecież napędy liniowe to też napędy serwo zarzekali się że nie stosują serwonapędów tylko silniki liniowe.
Jest to przejaw albo niekompetencji, albo strategii wciskania klientom bzdur.

Zasada działania serwonapędu to zasada ciągłej minimalizacji różnicy pomiędzy pozycją zadaną, a pozycją zmierzoną i nie jest istotne czy silnik jest silnikiem liniowym czy obrotowym.
To tak jak by ktoś zapytany czy jego samochód jest napędzany silnikiem spalinowym czy elektrycznym odpowiedział: "Nie, mój samochód nie jest napędzany silnikiem spalinowym, przeciwnie jest napędzany Dieslem!"

Szanowny Panie,

Bardzo się cieszę, że po tych wszystkich zawiłościach poprzedzających to stwierdzenie przyznał Pan jednak, że pracownicy firmy Eagle opowiadają klientom bzdury.
Ludzką rzeczą jest się mylić szczególnie w mając za sobą niewielkie doświadczenie.
Jednak przekonanie z jakim bronili swoich twierdzeń było zadziwiające.

Może po prostu nie wiedzą, co to idea sprzężenia zwrotnego i określenie serwo, oraz, że niezależnie czy to silnik liniowy czy obrotowy z eknodertem to i tak jest to serwonapęd.

Aby więcej nie było nieporozumień określmy, że współczesne napędy posuwów obrabiarek to napędy synchroniczne z magnesami trwałymi, elektroniczną komutacją i sinusoidalnym back EMF-em, ze sprzężeniem zwrotnym położenia i prędkością estymowaną z pomiaru pozycji.

Ale najciekawsze jest to, że dotyczy to tak samo silników liniowych co obrotowych i powyższy opis bez dodania że to liniowy może dotyczyć silnika napędzającego maszynę za pomocą listew zębatych.

Rozumiem, że jest to dość zawiłe, ale każdy lepszy serwisant maszyn CNC powinien rozumieć co napisałem, nie mówiąc o producencie. Jeśli jest to nawet tylko handlowiec to jak się na czymś nie zna to w ogóle nie powinien wyrażać na ten temat swoich opinii.
Nie można kreować rzeczywistości "my mamy wszystko najlepsze" i twierdzeniami że "to silnik liniowy, a nie serwo ponieważ silnik liniowy jest lepszy od serwo".

Pozostając jednak przy enkoderach i sprzężeniu zwrotnym położenia należy stwierdzić, że większość producentów stosuje układy pomiarowe inkrementalne, a firma Kimla w standardzie stosuje absolutne układy pomiarowe położenia o rozdzielczości 1nm i dokładności 5um/m.
Rozdzielczość pomiaru pozwala na znacznie dokładniejsze wyliczenie prędkości co wprost przekłada się na dokładność odwzorowania ścieżki narzędzia.

Dodatkowo absolutny pomiar położenia pozwala na wyeliminowanie konieczności bazowania maszyny oraz umożliwia zastosowanie elektronicznej korekcji kąta bramy o niespotykanej dotąd dokładności.

Podobnie się ma sytuacja z systemem sterowania i napędami który według nich też mają najlepszy jednak ten ich najlepszy jest 10x wolniejszy od systemu Kimla.

Dlatego tak ważna jest weryfikacja tego co mówią sprzedawcy!
Jeśli się nie zrobi prób i fizycznie nie porówna czasów wycinania klient nie będzie mógł być pewny, że dokonał najlepszego wyboru.

Oczywiście ze wzrostem grubości blachy wpływ dynamiki maszyny na wydajność maleje, ale zawsze jest widoczny.

W sprawie konkurencji IPG można się długo rozpisywać, ale prawda jest taka, że nikt z IPG nie ma szans ponieważ IPG dyktuje warunki funkcjonowania na rynku laserów światłowodowych.
Firma IPG robi zarówno całe źródła jak i pompy do nich. Każda inna firma pompy musi kupić od innych co powoduje że na źródle IPG zarabia jedna firma, a na innych co najmniej dwie.

Firma Kimla kupuje źródła z IPG z najwyższej półki i na dodatek zamawiane źródło ma zawsze dodatkowe moduły zapasowe, co zapewnia najwyższą pewność działania.
Wiem, że są firmy, które zamawiają źródła uproszczone (w szczególności tureckie) bez tych dodatkowych modułów aby było taniej. Nie wiem dlaczego ale Eagle nigdy nie pokazuje otwarcie jakiego źródła używają, może mają co ukrywać?

Szanowny Panie,

Jeśli w/g Szanownego Pana klient przede wszystkim chce aby elektroniki było jak najmniej to zdecydowanie znajdzie to czego szuka w firmie Kimla.
Jak Szanowny Pan wie firma Kimla ma własny, dedykowany do laserów system sterowania.
Jest to rozwiązanie uszyte na miarę i dokładnie do sterowania wycinarkami laserowymi.
Większość innych firm stosuje rozwiązania uniwersalne takie jak Siemens Fanuc, Amada, czy Beckhoff.
Ale jak przysłowie mówi jak jest coś do wszystkiego to jest do niczego.
Uniwersalne systemy montowane przez firmy składające lasery są do laserów za wolne.
Właśnie dlatego lasery Kimla tak dystansują konkurencję.
Standardowe regulatory w napędach obrabiarek CNC poprawiają swoją pozycję z częstotliwością od 400 do 2000 Hz
Dla frezarki czy tokarki jest to wystarczające ale dla szybkich nowoczesnych laserów już nie.
Jeśli tniemy z prędkością 1m/s to nawet używając napędów z pętlą regulacji pozycji 2000Hz i tak pozycję będziemy poprawiali tylko co 0.5mm czyli nie zbyt często.
Właśnie z tego powodu maszyny które nie maja szybkiego systemu sterowania muszą sztucznie zwalniać przy skomplikowanych kształtach do wartości przy których wycięte
kształty nie będą pokrzywione i z dużymi uchybami w stosunku do ścieżki zadanej.

System sterowania firmy Kimla jest przełomowym rozwiązaniem ponieważ potrafi poprawiać pozycję z częstotliwością 20.000Hz czyli 10x szybciej niż w standardowych rozwiązaniach.
Oznacza to, że przy 1 m/s posuwu poprawka będzie realizowana co 0.05mm zamiast do 0.5mm.

Co do pewności działania i zaufania do firmy to chciałbym zauważyć, że dla firmy Kimla pracuje już ponad 100 osób a połowa z nich to dział badawczo rozwojowy.
Za każdą część systemu odpowiada kilku pracowników mających kompetencje do zrobienia z systemem wszystkiego.
Właśnie wielkość firmy Kimla zapewnia klientowi bezpieczeństwo, ponieważ wszystkie części maszyn są zabezpieczane na wiele miesięcy z produkcji dzięki czemu klient ma komfort nieznany użytkownikom innych maszyn, że wszystkie podzespoły do ich maszyny są na półce u producenta w Polsce z nie na drugim końcu świata.

Natomiast takle firmy jak Eagle są to małe firmy produkujące swoje maszyny na niewielką skalę gdzie za konkretną część systemu laserowego odpowiada często jedna osoba i jak jej zabraknie to rzeczywiście może być problem.
Jak sam Eagle stwierdził, wprowadzają poważne modyfikacje systemu Beckhofa co oznacza, że jak się coś posypie i zabraknie autora tych zmian klient leży.
Dodatkowo istotne są koszty ewentualnych napraw.

Jednemu z klientów firmy Kimla piorun strzelił w transformator przy firmie.
Popaliło mu kilka maszyn CNC.
Przyjechał serwis z Niemiec i wymienił cały moduł systemu sterowania jednej ze znanych marek.
Za naprawę klient zapłacił ponad 25.000,- zł.
Sterownik maszyny Kimla od tego pioruna też się uszkodził.
Klient wysłał sterownik do naprawy a na drugi dzień dostał naprawiony sterownik gdzie naprawa kosztowała 470,- zł.
Właśnie firmy trzecie dostarczające sterowania dla składaczy często tak produkują swoje podzespoły aby nie dało się ich naprawić.
Albo pozalewają żywica układy, albo stosują komponenty na ich zamówienie co uniemożliwia ich zakup.
Często jest tak, że psuje się opornik z 50gr a trzeba wymienić moduł za kilkadziesiąt tysięcy złotych.

Firma Kimla nie zarabia na klientach serwisowych i właśnie z tego powodu ma ustalone stawki serwisowe na najniższym poziomie znacznie odbiegającym od standardów.
Dzięki temu klienci firmy Kimla bardzo chętnie wracają po kolejne maszyny Kimla. Rekordzista ma ich 25.
Wszystkich maszyn jest ponad 1000, a każdego dnia wysyłana jest następna.
Te rezultaty to owoc 20 lat doświadczenia w produkcji systemów sterowania do maszyn CNC oraz 15 lat w produkcji maszyn CNC.

Co do układu pomiarowego to Szanowny Pan wciąż nie rozumie sensu stosowania tak wysokiej rozdzielczości.
Nie chodzi bynajmniej o to z jaką dokładnością będziemy mierzyli pozycję ale o to z jaką dokładnością odtworzymy ze zmieniającej się pozycji prędkość.
W serwonapędach, nawet tych z silnikami liniowymi pracuje kilka regulatorów.
Regulator pozycji jest tylko jednym z nich i spokojnie do jego poprawnej pracy wystarczyła by rozdzielczość 1um.
Niestety układ regulatorów serwo w takim napędzie jest znaczne bardziej rozbudowany.
Najpierw porównywana jest pozycja zadana z pozycją zmierzoną.
Następnie błąd po przejściu przez regulator pozycji staje się wartością zadaną prędkości.
Prędkość zadana po odjęciu prędkości zmierzonej daje nam błąd prędkości,
który po przejściu przez regulator prędkości daje nam wartość zadaną siły.
Wartość zadana siły po odjęciu wartości zmierzonej daje nam błąd siły,
który po przejściu przez regulator daje wartość zadaną napięcia na silnik.
To wszystko jeszcze przechodzi przez skomplikowane przekształcenia matematyczne związane z wirującym układem współrzędnych i dopiero trafia do generatora SVM.

W tym całym łańcuszku jest jednak pewien problem.
O ile pozycję pobieramy wprost z enkodera a siła to nic innego jak prąd płynący przez uzwojenia który też mierzymy bezpośrednio to z prędkością nie jest już tak łatwo.
Nie mamy przecież miernika prędkości więc musimy go wyestymować z pozycji.
Jak wiemy prędkość to pochodna pozycji więc różniczkujemy pozycję i mamy prędkość.
Niestety pojawia się nam problem polegający na tym, że różniczkowanie bardzo uwypukla szumy i najdrobniejsze skoki wartości wejściowej.
W efekcie niska rozdzielczość sygnału wejściowego daje nam wartość wyjściową o małej rozdzielczości i dużych skokach co bardzo źle wpływa na działanie regulatora prędkości.

Jeśli natomiast zwiększymy rozdzielczość układu pomiarowego 1000x to i jakośc wyestymowanej z pozycji prędkości bardzo poprawi się.
Pozwala to za znaczne zwiększenie wzmocnień układu regulatora prędkości bez obawy o jego wzbudzenie co wprost przekłada się na dokładność odwzorowania zadanej ścieżki narzędzia, szczególnie przy dużej dynamice ruchów.

Szanowny Panie Jarku,

Lasery do wycinania stali są maszynami które nie kosztują mało.
Jednym z podstawowych czynników decydujących o opłacalności produkcji z ich pomocą jest wydajność cięcia.
Różnice w wydajnościach cięcia pomiędzy laserami mogą być wielokrotne w szczególności przy cięciu cienkich blach.
Jednak ograniczanie prędkości cięcia do takiej przy której operator miałby jakąkolwiek szansę na zapobiegnięcie kolizji byłoby katastrofalne dla produktywności lasera.
Współczesne lasery są tak szybkie, że mogą wykonać 10 otworów w ciągu jednej sekundy.
Oczywiście możliwość kolizji istnieje ale obecnie dostępne technologie skutecznie eliminują ten problem.
Firma Kimla stosuje bardzo szybki układ regulacji wysokości głowicy oraz system antykolizyjny wbudowany w system sterowania. Dodatkowo generator ścieżki narzędzia automatycznie wykrywa detale o polu powierzchni z zakresu przy którym występuje wysokie prawdopodobieństwo wystąpienia kolizji i wprowadza mikrozłącza przytrzymujące detal na arkuszu.

Szybkość cięcia konkretnego detalu z konkretnej blachy często jest obecnie podstawowym kryterium wyboru wycinarki laserowej, a próby dowiedzenia, że im maszyna wolniejsza tym lepsza mogę skwitować jedynie uśmiechem.

Pragnę również koledze przypomnieć, że wycinarka laserowa Flashcut Linear firmy Kimla zdobyła Złoty Medal Targów Poznańskich, a Pan Prezydent Bronisław Komorowski osobiście odwiedził stoisko firmy Kimla i pogratulował nam zdobycia Złotego Medalu.