De industrieel te gebruiken laser

Op basis van de aanwezige kennis van de mogelijkheden van de laser, is het mogelijk nieuwe toepassingen van deze zeer moderne, schone en goed automatiseerbare technologie uit te werken.

Soorten lasers

De industrieel het meest gebruikte lasers voor het lassen zijn de CO₂-laser en de Nd-YAG laser, in de wandeling gebruikelijk YAG-laser genoemd, met name het door lampen gepompte model. Deze twee lasers zijn robuust en voor productiemachines zeer betrouwbaar. Ze leveren een goed focusseerbare laserstraal en zijn daardoor op vele terreinen inzetbaar. Daarbij is de straalbehandeling goed, is goed verwerkbaar met als gevolg een goede inzetbaarheid.

Sinds kort is er op de industriële markt een variant van de YAG-laser: de diode gepompte YAG-laser. Vanwege het nauwere lichtspectrum van de gebruikte diode, die het lasermedium aanslaat, is het rendement van het middels dioden pompen hoger, maar qua robuustheid moet deze het nog afleggen tegen zijn lampengepompte broertje.

Nieuw is de Dioden-laser, die een veel hoger rendement heeft dan de voorgaande lasertypen, maar een slecht focusseerbare straal levert. Productie-inzet zal daardoor naar verwachting voor dit type beperkt blijven. Hoewel levensduurgarantie tot 10.000 uur worden gegeven, is de robuustheid van dit type nog onvoldoende, maar dit verbetert waarschijnlijk in de toekomst sterk.

In de nabije toekomst is de schijven-laser te verwachten, die net als de diodenlaser een hoog rendement heeft, met een goede focusseerbaarheid.

Laservermogens

Laservermogens kunnen heel klein zijn, zoals we ze vinden in de CD-spelers, maar ook heel groot. In laboratorium-opstellingen zijn vermogens tot 50 kW gerealiseerd, maar de meerwaarde van dit vermogen is industrieel niet economisch inzetbaar.

In de industrie zijn 12 kW CO₂-lasers economisch verantwoord inzetbaar en de begrenzing voor industrieel gebruik ligt bij 20 kW laservermogen.

Bij de YAG-laser, zowel de lampengepomte als de diodengepompte laser, is het vermogen beperkt tot circa 4 kW, hetgeen voor een groot aantal toepassingen in de productie voldoende is. Een voordeel van de YAG-laser is de golflengte, die het mogelijk maakt lasers optisch aan elkaar te koppelen met als resultaat een hoger werkvermogen. Industrieel vindt dit overigens geen toepassing.

De diode-laser kan tot ca 2 kW laservermogen leveren en dit zal in de toekomst wel hoger worden, wanneer de koelproblemen afdoende zijn opgelost.

Rendementen van lasers

De CO₂-laser heeft lange tijd het hoogste rendement gehad van ≈ 8 - 10% met een golflengte van 10,6 µm en zal met modernere besturingen nog verbeteren.

De YAG-laser bezit een golflengte van 1,06 µm en kan lassen met een vermogen tot 4 kW. Het rendement hierbij is relatief laag, ≈ 3 - 4%, maar heeft door de kortere golflengte weer betere inkoppeleigenschappen dan de CO₂-laser, waardoor het uiteindelijk lasrendement sterk verbetert.

De diode-laser heeft een rendement van ≈ 25 - 30%, maar de slecht focusseerbare straal doet dit rendementsvoordeel weer grotendeels teniet. Voor bepaalde toepassingen kan deze eigenschap overigens juist een voordeel zijn.

De schijven-laser heeft een rendement vergelijkbaar met de diode-laser van ≈ 25 - 30% en straaleigenschappen die met de YAG-laser overeen gaan komen. In de toekomst kan dit type een goede vervanger blijken voor oudere lasers voor vermogens tot ca 2 kW.

Opstelling en inzet

De CO₂-laser en de YAG-laser hebben beide flinke afmetingen en zijn over het algemeen separaat opgesteld. De diode-laser en de schijven-laser zijn veel kleiner van afmetingen, zodat direct op de machine opbouwen mogelijk is. Voor de optische geleiding van de laserstraal kan dit voordelen bieden, alhoewel hierbij optische bewerkingen als focusseren van de laser noodzakelijk dezelfde zijn als bij de "oudere" typen laser.

Glas of kunststof geleiden CO₂-laserlicht niet, zodat een eenvoudige bril al een voldoende bescherming biedt tegen strooilicht dat door braamranden bijvoorbeeld in de ruimte komt. Bij de YAG-laser, en ook de diode-laser is dit niet het geval en moet de applicatie zeker en vast goed lichtdicht zijn.

Een ander gevolg van de lichtgeleiding is dat de CO₂-laser voor de sturing van de laserstraal (soms gekoelde) spiegels nodig heeft, terwijl de YAG-laser de laserstraal met glasvezelkabels geleidt. Voor de CO₂-laser zijn zeer stabiele optieken ontwikkeld, met ruime mogelijkheden voor 4D en 5D bewerkingen.

Daarnaast staan de glasvezel­kabels van de Nd-YAG laser, die, bestuurd met een robot, van de vaste-stof laser een buitengenwoon veelzijdig en flexibel lasinstrument kunnen maken. Het probleem is dan de stabiliteit van de robot, die nog al eens roet in het eten kan gooien. Een ander minder belangrijk verschil is gelegen in de gebruikskosten: de uurkosten van een Nd-YAG laser zijn per uur door onderhoud aan lampen wat hoger dan bij een CO₂-laser.

De diode- en de schijven-laser kunnen door de kleine afmetingen in een machine worden ingebouwd. Tevens kan een robotkop een dergelijke laser als gereedschap opnemen.

Met het enkele besluit een laser in te voeren, is een productieorganisatie dus niet klaar: het vraagt grondige voorbereiding om ten volle van het succes te kunnen profiteren bij inzet van deze toch wel veel belovende en kwalitatief zeer hoog staande techniek.

 

Home ~ De lasertechnologie ~ Oppervlaktebehandeling ~ Laserlassen ~ Lasersnijden ~ Lasercladden Hardfacing ~ Laserboren Laserverspanen ~ Laserreinigen ~ Wetenschappelijk onderzoek ~ Interview ~ Tabellen ~ Nieuws ~ Nieuwe projecten ~ Technische expertise