Technologia lasera światłowodowego (Fiber) zrewolucjonizowała nowoczesne zakłady obróbki metalu. Niewiarygodna prędkość wycinania w cienkich i średnich blachach, wysoka powtarzalność oraz relatywnie niskie koszty eksploatacji sprawiły, że systemy laserowe stały się fundamentem wielu parków maszynowych. Jednak pomimo dynamicznego rozwoju i wyścigu na moc źródła, wycinarki laserowe napotykają fizyczną i technologiczną ścianę.

Zasada działania lasera opiera się na miejscowym stopieniu lub odparowaniu materiału za pomocą skupionej wiązki światła. Ta czysto termiczna natura procesu staje się jego największym ograniczeniem. Gdzie kończą się możliwości technologii Fiber i dlaczego w tych obszarach to właśnie wycinarki wodno-ścierne (waterjet) stanowią bezkonkurencyjne rozwiązanie?

Ściana technologiczna. Materiały, z którymi laser Fiber sobie nie poradzi

Zjawisko odbicia światła, różnice w temperaturach topnienia poszczególnych składników czy podatność na szok termiczny eliminują cały szereg surowców z obróbki laserowej. Przykładowo, materiały kompozytowe, takie jak włókno węglowe czy szklane połączone żywicą epoksydową, są absolutnie nieodpowiednie do wycinania laserem.

Skupiona wysoka temperatura wypala żywicę wiążącą znacznie szybciej niż samo włókno, co prowadzi do rozległej delaminacji, zwęglenia krawędzi oraz emisji niebezpiecznych, agresywnych gazów. 

Z kolei kruche surowce o niskiej przewodności cieplnej, w tym szkło mineralne i ceramika techniczna, nie tolerują gwałtownych skoków temperatury. Wniknięcie wiązki laserowej w ich strukturę generuje ekstremalny gradient temperatur, skutkujący natychmiastowym pęknięciem materiału w wyniku szoku termicznego.

Kolejną barierę stanowią struktury wielowarstwowe typu sandwich oraz materiały miękkie i elastyczne. Połączenie blachy ze stalą, gumą, pianką czy drewnem wyklucza zastosowanie lasera ze względu na drastycznie odmienne punkty topnienia i parowania poszczególnych warstw, co grozi zapaleniem surowca i brakiem możliwości stabilnego przedmuchania szczeliny gazem.

Z kolei pianki, silikony, filc czy tworzywa o niskiej temperaturze topnienia pod wpływem ciepła ulegają stopieniu i deformacji, tracąc wymagane wymiary. Nawet w przypadku samych metali możliwości lasera Fiber są ograniczone grubością surowca. Przy przekroczeniu bariery 30–50 milimetrów wydajność i ekonomia procesu drastically spadają, rzaz staje się szeroki, na dolnej krawędzi powstaje trudny do usunięcia żużel, a zużycie gazów osłonowych czyni obróbkę nieopłacalną.

Limit geometrii. Kształty i konfiguracje stanowiące wyzwanie dla lasera

Ograniczenia termiczne wiążą się nie tylko z rodzajem obrabianego surowca, ale również ze stopniem skomplikowania geometrii wycinanego elementu. Przy projektowaniu gęstych siatek lub drobnych detali w grubszych blachach wiązka laserowa wprowadza w materiał potężną dawkę energii.

Skumulowane ciepło doprowadza do wypalania ścianek, odkształceń płaskości oraz powstania obszernej Strefy Wpływu Ciepła (HAZ), która nieodwracalnie zmienia strukturę krawędzi. Podobne trudności pojawiają się przy próbach cięcia w pakietach.

Laser Fiber nie radzi sobie z wycinaniem kilku nałożonych na siebie arkuszy, ponieważ mikroskopijne szczeliny powietrzne między nimi powodują rozproszenie wiązki oraz groźne dla sprzętu odbicia zwrotne. Ponadto klasyczne głowice laserowe napotykają istotne ograniczenia przy złożonym fazowaniu krawędzi pod spawanie, gdzie ukosowanie grubszych elementów wiąże się ze znacznym spadkiem stabilności całego procesu.

Jak technologia waterjet zastępuje i uzupełnia laser Fiber?

W miejscach, gdzie fizyczne i termiczne bariery lasera uniemożliwiają realizację zadania, rozwiązaniem staje się hydroabrazyjna technologia obróbki na zimno. Maszyny do cięcia wodą ze ścierniwem marki PTV wykorzystują energię kinetyczną wody zmieszanej ze ścierniwem pod ciśnieniem sięgającym kilkuset megapaskali. Kluczową zaletą tej metody jest całkowity brak energii termicznej – temperatura w strefie cięcia nie przekracza kilkudziesięciu stopni Celsjusza.

Dzięki temu w obrabianym materiale nie powstaje Strefa Wpływu Ciepła, co całkowicie eliminuje odkształcenia, utwardzenie powierzchniowe oraz ryzyko mikropęknięć.

Posiadanie w swoim parku maszyn, oprócz lasera, również waterjet marki PTV otwiera nieograniczone możliwości materiałowe, z łatwością radząc sobie z kompozytami, szkłem, ceramiką, gumą czy pakietami blach spiętych w jeden blok. Urządzenia te usuwają także ograniczenia dotyczące grubości – wycinarki wodno-ścierne bez problemu przecinają monolityczne bloki stali, tytanu czy aluminium o grubościach dochodzących do 200–300 milimetrów, zachowując jednolitą strukturę krawędzi.

Dodatkowo nowoczesne, wieloosiowe głowice 5-osiowe PTV z automatyczną korekcją stożkowatości pozwalają wyeliminować naturalną zbieżność strumienia wody oraz wykonywać skomplikowane ukosy pod spawanie w jednym przejściu technologicznym.

Porównanie technologii. Laser Fiber a Waterjet

Zestawienie obu technologii wyraźnie pokazuje ich odmienny charakter oraz komplementarność w nowoczesnym zakładzie produkcyjnym. Podczas gdy laser Fiber opiera się na procesie termicznym i topieniu materiału w ekstremalnie wysokich temperaturach, waterjet wykorzystuje czysto mechaniczną erozję hydroabrazyjną prowadzoną na zimno. Ma to bezpośrednie przełożenie na jakość krawędzi i brak odkształceń termicznych w przypadku obróbki wodnej, podczas gdy laser stale niesie ze sobą ryzyko powstania Strefy Wpływu Ciepła.

Znaczące różnice uwidaczniają się również w zakresie dopuszczalnych grubości i elastyczności materiałowej. Laser sprawdza się idealnie w arkuszach stalowych o grubości do 30 mm, lecz staje się bezużyteczny przy kompozytach, gumie, szkle czy pakietach blach.

Maszyna do cięcia wodą PTV z łatwością obrabia surowce o grubościach przekraczających 200 mm, zachowując najwyższą jakość krawędzi dla niemal każdego znanego materiału, niezależnie od jego twardości czy struktury warstwowej.

Podsumowanie. Dwie technologie, jeden cel

Rozwój nowoczesnego parku maszynowego nie polega na wyborze wyłącznie jednej, uniwersalnej technologii, lecz na precyzyjnym zrozumieniu ich mocnych stron. Laser Fiber pozostaje niekwestionowanym liderem pod względem szybkości i wydajności w masowym cięciu cienkich blach metalowych.

Jednak wszędzie tam, gdzie w grę wkraczają materiały nietypowe, wielowarstwowe, duża grubość, wrażliwość na temperaturę lub skomplikowane ukosowanie 3D, bezkonkurencyjne stają się urządzenia do cięcia wodą ze ścierniwem. Pozwalają one zakładom produkcyjnym poszerzyć portfolio usług o zlecenia niemożliwe do wykonania technologią laserową, gwarantując najwyższą jakość obróbki bez naruszania struktury materiału.

Postaw na bezkompromisowe rozwiązania PTV

Każdy profesjonalny waterjet PTV to efekt wieloletnich doświadczeń inżynieryjnych i stałego doskonalenia konstrukcji pod kątem wyzwań współczesnego przemysłu. Oddzielenie ramy nośnej od wanny roboczej, precyzyjne napędy oraz ultrawydajne pompy wysokociśnieniowe tworzą spójny system, który gwarantuje doskonałą jakość krawędzi, wysoką wydajność oraz maksymalny zwrot z inwestycji.

Jeśli szukasz rozwiązania, które podniesie możliwości produkcyjne Twojego zakładu i zapewni niezawodność na lata, skontaktuj się z ekspertami PTV. Pomożemy dobrać optymalną konfigurację maszyny oraz przeprowadzimy testowe cięcia na Twoich materiałach.

Zachęcamy do zapoznania się z katalogiem maszyn do cięcia wodą, waterjet PTV oraz pozostałych produktów. W przypadku pytań pozostajemy do Państwa dyspozycji.

Zaproszenie do współpracy

PTV zachęca przedsiębiorców do kontaktu i nawiązania współpracy w zakresie zamówień na maszyny do cięcia strumieniem wody (waterjet). Dzięki doświadczeniu, globalnej obecności i innowacyjnym rozwiązaniom firma gwarantuje obsługę na najwyższym poziomie.

Jeśli chcecie poznać naszą ofertę sprawdźcie tu https://ptv.com.pl/maszyny/

Możecie również skontaktować się z nami pod numerem telefonu:

Telefon +48 531 303 553,

e-mail: przemek.prajsnar@ptv.cz