Inleiding tot de laserlasmachine
Laserlassen is een veelzijdig en nauwkeurig proces dat wordt gebruikt om metalen onderdelen te verbinden in diverse industrieën. Deze techniek maakt gebruik van geconcentreerde laserstralen om materialen te smelten en te fuseren, waardoor sterke en hoogwaardige lassen worden gecreëerd. Lasermachines, uitgerust met geavanceerde lasertechnologie, zijn de apparaten die dit proces uitvoeren en zorgen voor precisie en efficiëntie. Dit uitgebreide artikel behandelt alle aspecten van lasermachines, inclusief werking, componenten, voordelen, toepassingen, typen, onderhoud en toekomstige trends.
Wat Is Een Laser Soldermachine?
Laserlassen is een contactloos proces dat gebruikmaakt van een laserstraal met hoge intensiteit om twee materialen te verbinden. De laserstraal richt zich op een klein gebied en wekt voldoende warmte op om de materialen te smelten, die vervolgens uitharden tot een sterke lasverbinding. Deze techniek staat bekend om zijn precisie, snelheid, vermogen om kleine en complexe onderdelen te lassen, en minimale vervorming.
Werkingsprincipe van laserlassen
Laserlassen is een lastechniek waarbij een laserbundel met hoge energiedichtheid wordt gebruikt als warmtebron; het principe omvat vooral de volgende aspecten:
Optische focus: De laserlasmachine genereert een laserstraal via de laser en richt deze met behulp van optische elementen zoals lenzen of spiegels, zodat de laserenergie geconcentreerd wordt op de lasknoop.
Warmteoverdracht: Wanneer de laserstraal op het oppervlak van het werkstuk valt, wordt de laserenergie geabsorbeerd en omgezet in warmte-energie. Deze warmte verspreidt zich langs het metalen gedeelte van de lasverbinding, waardoor de temperatuur van het metaal stijgt.
Smelten en mengen: Wanneer het metalen oppervlak wordt opgewarmd tot een voldoende hoge temperatuur, begint het metaal te smelten en ontstaat er een smeltbad. Onder invloed van de laserstraal verspreidt en mengt het smeltbad zich snel, waardoor de verbinding van de metalen voeg wordt gerealiseerd.
Afkoelen en stollen: Nadat de laserstraal is gestopt, koelt het smeltbad geleidelijk af en wordt er tijdens het stolproces een gelaste verbinding gevormd. Tijdens het stolproces herschikken de metalen moleculen zich en kristalliseren zij, waardoor een sterke gelaste verbinding ontstaat.
Laserlassen heeft de voordelen van een hoog energiedichtheid, weinig warmte-inbreng, hoge lasnelheid en een kleine door warmte beïnvloede zone, wat het bijzonder geschikt maakt voor het lassen van mini-onderdelen en onderdelen met slechte toegankelijkheid.
Componenten van een laserlasmachine
Laserbron
Lasertypen: Veelvoorkomende typen zijn CO2-lasers, Nd (gedoteerde yttrium-aluminium-granaat) lasers en vezellasers. Elk type heeft zijn eigen voordelen, afhankelijk van de toepassing.
Functie: De lasersource genereert de laserstraal voor het lassen. Het is het belangrijkste onderdeel dat het vermogen en de efficiëntie van de machine bepaalt.
Optica
Laserstraal en spiegel: Wordt gebruikt om de laserstraal te focussen en op het werkstuk te richten. Hoge-kwaliteit optische componenten zorgen voor een nauwkeurige controle van de laserstraal.
Straaltransmissiesysteem: omvat componenten zoals glasvezel en straalkanaal die de laserstraal van de bron naar het lasgebied overbrengen.
Werkstukhanteringssysteem
Positioneringstafel: Een platform voor het plaatsen van het werkstuk. Het kan vast of uitgerust zijn met een bewegingsfunctie om het werkstuk uit te lijnen met de laserstraal.
Klemmechanisme: om het werkstuk vast te zetten en beweging tijdens het lassen te voorkomen.
Navar
CNC-besturing: Computergestuurde numerieke besturing (CNC) wordt vaak gebruikt in geautomatiseerde lastoepassingen om de lastparameters en de beweging van de laserstraal nauwkeurig te regelen.
Softwareinterface: Biedt een interface waarmee de operator lastparameters kan invoeren en het proces kan monitoren.
Koelmiddelpassage
Water- of luchtkoeling: Laslassen met een laser genereert veel warmte en vereist een koelsysteem om te voorkomen dat de lasersource en optische componenten oververhitten.
Beschermbuizen
Veiligheidsmaatregelen: De behuizing beschermt de operator tegen laserstraling en vangt eventuele schadelijke rook of resten op die tijdens het lassen worden gegenereerd.
Soorten laserslasmachines
Lasersoldering van glasvezels
Werking: Gebruik van een vezellasersource om de laserstraal via een vezel te geleiden.
Voordelen: hoge straalkwaliteit, hoog energierendement, geschikt voor het lassen van diverse materialen.
CO2-laserslasmachine
Werking: Een CO2-exciemersource wordt gebruikt om door elektrische stimulatie van een gasmengsel een laserstraal te genereren.
Voordelen: Hoge vermogensoutput en mogelijkheid om dikke materialen te lassen.
ND-laserstralslasmachine
Chirurgie: Met behulp van een ND-excitatiebron wordt een laserstraal geproduceerd door neodymium te doperen in een yttrium-aluminiumgranatenkristal.
Voordelen: Hoge piekvermogen, geschikt voor pulslastoepassingen.
Diodelasmachine
Chirurgie: Een diodelaserbron wordt gebruikt om een laserstraal te genereren via een halfgeleiderdiode.
Voordelen: kleine afmeting, energiebesparend, kan kleine precisieonderdelen lassen.
Voordelen en nadelen van de lasmachine met laser
Voordelen van de Laser Welding Machine
Lasmachines met laser hebben veel voordelen en zijn zeer geschikt voor diverse industriële toepassingen. Deze voordelen zijn onder andere precisie, snelheid, veelzijdigheid en algehele kwaliteit. Hieronder volgt een gedetailleerde uitleg van de voordelen van lasmachines met laser:
Nauwkeurigheid en precisie
Strikte toleranties: Lasrobots met laser kunnen uiterst strikte toleranties bereiken, wat essentieel is voor toepassingen die hoge precisie vereisen.
Kleine warmtebeïnvloede zone (HAZ): De laserstraal is sterk geconcentreerd, waardoor een kleine warmtebeïnvloede zone ontstaat. Dit minimaliseert thermische vervorming en vermindert het risico op beschadiging van aangrenzende materialen.
Het lassen is snel
Productiviteit verbeteren: Laslassen kan worden uitgevoerd met hoge snelheid, wat de productiviteit sterk verhoogt en de cyclustijd verkort.
Automatiseringsmogelijkheden: Het proces kan eenvoudig worden geautomatiseerd met behulp van een CNC-systeem en robot, wat de snelheid en consistentie verder verbetert.
Veelzijdigheid
Materiaalverenigbaarheid: Laslassen is geschikt voor een verscheidenheid aan materialen, waaronder diverse metalen (staal, aluminium, titaan, enz.), legeringen en zelfs sommige kunststoffen.
Complexe geometrie: Dit proces kan complexe geometrieën lassen die moeilijk te realiseren zijn met traditionele lastechnieken.
Uitmuntende Solderkwaliteit
Sterke lassen: Laslassen kan sterke verbindingen produceren met uitstekende mechanische eigenschappen, wat zorgt voor duurzaamheid en betrouwbaarheid.
Schone en aantrekkelijke lassen: Lassen zijn meestal schoon en aantrekkelijk en vereisen slechts minimale nabewerking. Dit is met name belangrijk voor toepassingen waarbij het uiterlijk van groot belang is, zoals in de automobiel- en sieradenindustrie.
Minimale vervorming
Verlaag thermische spanning: geconcentreerde warmtebronnen kunnen thermische spanning en warping minimaliseren, waardoor de integriteit van het werkstuk behouden blijft.
Precisiebeheersing: De laser kan nauwkeurig worden beheerst om minimale vervorming van dunne materialen te produceren.
Flexibiliteit
Contactloos proces: Laslassen is een contactloos proces, wat betekent dat er geen fysiek contact is tussen het gereedschap en het werkstuk. Dit vermindert slijtage van apparatuur en maakt lassen in moeilijk toegankelijke gebieden mogelijk.
Aanpasbare parameters: Procesparameters (laserkracht, snelheid, focus, etc.) kunnen eenvoudig worden aangepast om verschillende materialen en diktes te kunnen bewerken.
Energie-efficiëntie
Efficiënt energieverbruik: Laserschermachines, met name die met fiberlasers, zijn zeer energie-efficiënt. Ze zetten een groot deel van de elektriciteit om in een laser.
Verlaagde bedrijfskosten: Op termijn betekent energie-efficiëntie lagere bedrijfskosten.
Automatisering en integratie
Naadloze integratie: Het laserschakelsysteem kan naadloos worden geïntegreerd in de geautomatiseerde productielijn om de algehele productie-efficiëntie te verbeteren.
Robotlassen: De precisie en controle van laserschakelen maakt het tot een ideale keuze voor robotlasertoepassingen, waardoor continu bedrijf en hoge productie mogelijk zijn.
Vermindering van vervangbare materialen
Minimale verbruiksmaterialen gebruikt: In tegenstelling tot traditionele lastechnieken die vullende materialen en elektroden vereisen, heeft laserschakelen meestal weinig of geen verbruiksmaterialen nodig.
Kostenbesparing: Het verminderen van het gebruik van verbruiksmaterialen leidt tot kostenbesparing en vermindert de noodzaak om opnieuw in te kopen.
Verbeterde veiligheid en netheid
Veiligheidsvoorzieningen: Moderne lasersoldeermachines zijn uitgerust met veiligheidsfuncties zoals een beveiligingsomkasting en interlocks om de bediener te beschermen tegen schadelijke laserstraling.
Reinigingsproces: In vergelijking met traditionele lasmethoden produceert dit proces minder rook en spatten, wat resulteert in een schonere werkomgeving.
Milieuvriendelijk voordeel
Milieuvriendelijk: De efficiëntie en precisie van lasersolderen vermindert afval en energieverbruik, waardoor het een milieuvriendelijke keuze is.
Duurzame productie: Lasersolderen ondersteunt duurzame productiepraktijken door materiaalafval te minimaliseren en de energie-efficiëntie te verbeteren.
Nadelen van lasersoldeermachine
Hoewel lasersoldeermachines veel voordelen hebben, zijn er ook enkele nadelen waar rekening mee moet worden gehouden. Hieronder volgen enkele belangrijke nadelen van lasersoldeermachines:
Hoge aanvankelijke kosten
Dure machines: Lasersoldeermachines zijn vaak duurder dan traditionele lasmachines vanwege hun geavanceerde technologie en componenten.
Kosten van lasersources: Lasersources van hoge kwaliteit, zoals vezellasers en ND-lasers, verhogen de totale kosten.
Complexe installatie: Het opzetten van een lasersystem voor lassen kan complex zijn en vereist expertise.
Infrastructuurvereisten: Installatie kan aanvullende infrastructuur vereisen, zoals koelsystemen, beveiligingsomkastingen en geavanceerde ventilatiesystemen.
Technische complexiteit
Professionele training: Operators moeten gespecialiseerde training volgen om lasersystemen voor lassen te bedienen en te programmeren.
Complexe programmering: Het opzetten en programmeren van een CNC-besturingssysteem kan complex zijn en vereist expertise in CAD/CAM-software en lastechnische parameters.
Onderhoudsexpertise: Het onderhoud van een lasersysteem voor lassen vereist expertise en vaardigheden.
Periodieke kalibratie: Om nauwkeurigheid te behouden, is regelmatige kalibratie en afstelling van het lasersysteem vereist.
Gevoeligheid van connectorvoorbereiding en -assemblage
Voegvoorbereiding: Laserslassen vereist een nauwkeurige voegvoorbereiding en uitlijning. Zelfs kleine afwijkingen kunnen leiden tot slechte laskwaliteit.
Samenwerkende tolerantie: Het proces heeft een lage tolerantie voor openingen en verkeerde uitlijning, dus het vereist een nauwkeurige bevestiging en positionering.
Beperkingen qua materiaaldikte
Beperkingen op diktebereik: Laserslassen is geschikter voor dunne tot middelgrote materiaaldiktes. Het lassen van zeer dikke materialen kan meerdere lassen of voorverwarming vereisen.
Warmteafvoer: Bij dikkere materialen wordt het beheersen van warmteafvoer moeilijker, wat de kwaliteit van het lassen kan beïnvloeden.
Veiligheidsprobleem
Blootstellingsrisico: Er bestaat een risico op blootstelling aan schadelijke laserstraling bij laserslassen, wat ernstige oog- en huidbeschadigingen kan veroorzaken.
Beveiligingsmaatregelen: Uitgebreide veiligheidsmaatregelen zoals een beschermende behuizing, beschermbril en laserschutzprotocollen zijn van cruciaal belang.
Schadelijke rook: Het proces produceert schadelijke rook en fijnstof, wat effectieve ventilatie- en rookafzuigsystemen vereist.
Afvalmateriaal: Laserstralen met hoge intensiteit kunnen afvalmateriaal en spatten veroorzaken, wat extra veiligheidsrisico's met zich meebrengt.
Beperkte materiaalverenigbaarheid
Reflectieprobleem: Materialen met hoge reflectiviteit, zoals aluminium en koper, kunnen laserstralen weerkaatsen, waardoor lassen moeilijker en minder efficiënt wordt.
Speciale coating: Er kan een speciale coating of oppervlaktebehandeling nodig zijn om de lasbaarheid van het reflecterende materiaal te verbeteren.
Gevoeligheid voor legeringen: Bepaalde legeringen kunnen specifieke uitdagingen ondervinden bij het laserslassen, zoals barsten, porositeit of metallurgische veranderingen.
Hoewel lasersoldeermachines aanzienlijke voordelen bieden op het gebied van precisie, snelheid en veelzijdigheid, kennen ze ook een aantal nadelen. Belangrijke nadelen zijn de hoge initiële kosten, technische complexiteit, gevoeligheid voor voegvoorbereiding en veiligheidsrisico's. Bovendien moeten bij de implementatie van lasersoldeertechnologie factoren zoals beperkingen qua materiaaldikte, compatibiliteitsproblemen en milieu-eisen zorgvuldig worden overwogen.
Toepassing van de Laser Welding Machine
Automobielindustrie
Componentensoldeer: wordt gebruikt om motoronderdelen, versnellingsbakonderdelen, uitlaatsysteem en andere auto-onderdelen te solderen.
Carrosseriestructuur: de carrosserie van de auto wordt met laser gelast om een sterke en lichte verbinding te verkrijgen.
Lucht- en ruimtevaartindustrie
Aircraft components: Gebruikt voor het lassen van kritieke vliegtuigcomponenten, waaronder turbinebladen, brandstoftanks en structurele onderdelen.
Precisie: De hoge precisie van lasersoldeer zorgt voor de integriteit en prestaties van lucht- en ruimtevaartcomponenten.
Elektronica-industrie
Microlassen: Laserslassen is ideaal voor micro-lassen toepassingen op het gebied van elektronica, zoals het verbinden van dunne draden en het monteren van precisiecomponenten.
Batterijproductie: gebruikt voor de productie van batterijen om een sterke en betrouwbare verbinding te garanderen.
Medische Apparaten Industrie
Implantaten en instrumenten: Laserslassen wordt gebruikt bij de fabricage van medische implantaten en chirurgische instrumenten, waardoor nauwkeurige en schone lassen worden verkregen.
Biocompatibiliteit: het proces zorgt ervoor dat de las biocompatibel is en voldoet aan strenge medische normen.
Sieraden en horlogerie
Fijnlassen: Laserslassen wordt gebruikt voor fijnlas toepassingen in de sieraden- en horlogeriebranche, waardoor complexe ontwerpen en reparaties mogelijk zijn.
Esthetische kwaliteit: produceert hoogwaardige laskwaliteit en verhoogt de schoonheid van sieraden en horloges.
Energie-industrie
Zonnepanelen: gebruikt bij de productie van zonnepanelen om duurzame en efficiënte verbindingen te waarborgen.
Windturbines: Laserslassen wordt gebruikt bij de fabricage van onderdelen voor windturbines, waardoor een sterke en betrouwbare verbinding wordt verkregen.
Bediening van laserslasmachine
Opzetten
Voorbereiding: reinig het werkstuk en voer lasvoorbereidingen uit om een goede laskwaliteit te waarborgen.
Positionering: Plaats het werkstuk op de positioneertafel en zekervast met een bevestigingsmiddel.
Programmeren
Parameters invoeren: De bediende voert specifieke lassparameters in, zoals laserkracht, snelheid, pulsduur en focuspositie, in het besturingssysteem.
Trajectprogrammering: Lastaaktrajecten worden meestal geprogrammeerd met behulp van CAD/CAM-software om de laserstraal langs de gewenste lasnaad te sturen.
Verwarmingsprocedure
Straalgeneratie: De excitatiebron genereert een laserstraal die via optische elementen op het lasgebied wordt gericht.
Smelten en samenvoegen: Een gefocusseerde laserstraal smelt het materiaal op de verbinding, waardoor een bad van gesmolten materiaal ontstaat dat afkoelt en uithardt tot een lasverbinding.
Bewegingsbesturing: Het CNC-systeem regelt de beweging van de laserstraal en/of het werkstuk om het geprogrammeerde lastaaktraject te volgen.
Na lassen
Afkoeling: Laat na het lassen de verbinding volledig afkoelen en uitharden.
Controle: Controleer de kwaliteit van de las, controleer of er poriën, scheuren of onvolledige versmelting en andere gebreken zijn.
Onderhoud van laserslasmachine
Regelmatige Schoonmaak
Optisch: Reinig lenzen, spiegels en andere optische componenten om optimale laserstraalkwaliteit te waarborgen.
Werkgebied: Houd het werkgebied schoon en vrij van vuil om besmetting van de laserstraal en het werkstuk te voorkomen.
Onderhoud van het koelsysteem
Controleer koelvloeistofniveau: Controleer en vul regelmatig de koelvloeistof aan om oververhitting van de laserbron en optische componenten te voorkomen.
Controleer het koelsysteem: Controleer op lekkages in het koelsysteem en zorg ervoor dat het goed functioneert.
Kalibratie en uitlijning
Laserkalibratie: De laserbron wordt regelmatig gekalibreerd om te garanderen dat deze het juiste vermogen en de juiste straalkwaliteit levert.
Optische uitlijning: Controleer en stel de uitlijning van de optische elementen bij om nauwkeurige transmissie van de straal te behouden.
Software-update
Update besturingssoftware: Houd de CNC-besturingssoftware up-to-date om toegang te hebben tot de nieuwste functies en verbeteringen.
Back-upprogramma: Het lasprogramma wordt regelmatig geback-upt om gegevensverlies te voorkomen en een snelle herstel mogelijk te maken bij softwareproblemen.
Toekomstige trends in laserlassen
Vooruitgang in Laser Technologie
Lasers met hoger vermogen: Ontwikkeling van lasers met hoger vermogen voor het lassen van dikker en moeilijker te bewerken materiaal.
Verbetering van de straalkwaliteit: Vooruitgang in lasertechnologie heeft de kwaliteit en nauwkeurigheid van de straal verbeterd.
Industry 4.0 Integratie
Internet of Things-koppeling: Geïntegreerde Internet of Things (IoT) voor real-time monitoring en besturing van het laserlasproces.
Gegevensanalyse: Gebruik van gegevensanalyse om lastoevoegparameters te optimaliseren en de kwaliteit en efficiëntie te verbeteren.
Automatisering en robotica
Robotintegratie: Robotsystemen worden steeds vaker gebruikt voor geautomatiseerd laserlassen om handmatige arbeid te verminderen en de productiviteit te verhogen.
Collaboratieve robots: Ontwikkeling van collaboratieve robots (cobots) die samen met menselijke operators kunnen werken in toepassingen van laserlassen.
Duurzame ontwikkeling
Energie-efficiëntie: Doorgaan met het verbeteren van de energie-efficiëntie van laserlasmachines om hun milieubelasting te verlagen.
Groene productie: Het gebruik van duurzame productiepraktijken, inclusief het gebruik van milieuvriendelijke materialen en processen.
Conclusie
Laserlasmachines zijn de hoeksteen van moderne productie, bekend om hun precisie, snelheid en veelzijdigheid bij het verbinden van metalen onderdelen. Hun geavanceerde technologie en automatiseringsmogelijkheden hebben ze onmisbaar gemaakt in sectoren zoals de auto-industrie, lucht- en ruimtevaart, elektronica en medische apparatuur. Met de juiste onderhoudsprocedures en aansluiting op opkomende trends kunnen deze machines blijven voldoen aan de steeds veranderende eisen van de productie. Naarmate de technologie vooruitgang boekt, zal laserlassen een nog vitalere rol gaan spelen in de toekomst van industriële productie.
