ARTYKUŁ - Cięcie plazmowe a cięcie laserowe: co warto wiedzieć

Większość artykułów na temat cięcia plazmowego i laserowego skupia się wyłącznie na specyfikacjach technicznych. Jednak wybór odpowiedniej technologii wymaga szerszego spojrzenia. W tym artykule dowiesz się, czym różnią się te technologie pod względem kosztów, prędkości, jakości cięcia i grubości materiału. Dowiesz się również, dlaczego najważniejszym czynnikiem nie jest sama technologia ani maszyna, ale to, jak dobrze pasuje ona do Twojego rzeczywistego procesu pracy.

Cięcie plazmowe a cięcie laserowe: wyjaśnienie kosztów

Koszty cięcia plazmowego i laserowego różnią się najbardziej w dwóch obszarach: kosztach inwestycyjnych i kosztach operacyjnych. Maszyna plazmowa typu ma niższą cenę zakupu, więc na początku jest tańsza. Maszyna laserowa wymaga większej inwestycji początkowej. Ciekawa część zaczyna się po zainstalowaniu urządzenia. Eksploatacja lasera jest zazwyczaj tańsza niż eksploatacja systemu plazmowego.

Gdy maszyna już działa, czynnikiem decydującym stają się koszty operacyjne. Koszty te zależą od zużycia energii, materiałów eksploatacyjnych i konserwacji:

• Zużycie energii działa inaczej w przypadku obu technologii. Laser jest bardziej energooszczędny w przypadku cienkich materiałów, natomiast w przypadku grubszych blach może zużywać więcej energii niż plazma. Próg opłacalności zależy od materiału, rodzaju gazu i mocy lasera.
• Materiały eksploatacyjne stanowią jedną z największych różnic w kosztach. Systemy plazmowe opierają się na kilku częściach eksploatacyjnych. Warto pomyśleć o dyszach, elektrodach, pierścieniach wirowych i osłonach, które szybko się zużywają. Ich wymiana generuje roczne koszty rzędu 10 000–15 000 euro. Systemy laserowe wymagają jedynie dyszy i soczewki ochronnej, więc roczne koszty materiałów eksploatacyjnych wynoszą zaledwie około 2 000 euro. Jednak lasery są w stanie znacznie zwiększyć wydajność.
• Konserwacja przebiega według tego samego schematu. Maszyny plazmowe mają więcej części, które ulegają zużyciu i wymagają wymiany, co daje około 3800 euro kosztów konserwacji rocznie. Lasery światłowodowe mają mniej części podatnych na zużycie, co zmniejsza roczne koszty konserwacji do około 2650 euro.

Nie ma jednej odpowiedzi na pytanie, która technologia jest tańsza: plazmowa czy laserowa. Plazma jest tańsza w zakupie, podczas gdy laser jest zazwyczaj tańszy w eksploatacji. Ta przewaga wynika z wyższej wydajności przy grubościach, z którymi pracuje większość przetwórców stali, mniejszej ilości materiałów eksploatacyjnych oraz mniejszych kosztów konserwacji. Jednak bilans ten może ulec zmianie. W przypadku grubszych blach laser może zużywać więcej energii niż plazma. Również wymagania dotyczące wydajności mają wpływ na to, co jest najbardziej opłacalne finansowo. Oznacza to, że w niektórych sytuacjach plazma może być droższa, podczas gdy w innych droższy może być laser.

W Voortman zalecamy zatem, aby klienci dzielili się z nami swoimi danymi produkcyjnymi. Analizując rzeczywiste dane (takie jak wykorzystanie zmian, asortyment materiałów i wymagana wydajność), możemy obliczyć, która technologia jest rzeczywiście najbardziej opłacalna w danej sytuacji. Właściwy wybór zawsze zależy od materiałów, wymagań produkcyjnych i oczekiwanej jakości.

Różnica w prędkości cięcia plazmowego i laserowego

Cięcie laserowe często przebiega szybciej niż cięcie plazmowe. O ile szybciej, zależy od grubości materiału i mocy lasera. W wielu praktycznych sytuacjach system laserowy ma wyraźną przewagę pod względem prędkości. Na przykład laser o mocy 15 kW może ciąć stal o około 65% szybciej niż standardowy system plazmowy 300A. W zależności od grubości stali lasery mogą być nawet o 350% szybsze.

Szybkość cięcia plazmowego i laserowego zależy od grubości materiału oraz użytej mocy. Nie jest to stała cecha. Z tego powodu nie jest trafne stwierdzenie, że jedna technologia jest zawsze szybsza. Lepiej skupić się na sytuacjach, w których jedna z nich wyraźnie przewyższa drugą.

Laser może być szybszy od plazmy podczas cięcia stali o grubości do 25 mm. Zależy to jednak od mocy lasera. W tym zakresie laser usuwa materiał wydajniej niż plazma, co sprawia, że jest szybszy. Prędkość również znacznie wzrasta wraz z wyższą mocą lasera (od 12 kW w górę). Większa moc oznacza więcej energii w procesie cięcia, co skutkuje większymi prędkościami cięcia i lepszymi czasami przebicia.

Przykład: porównanie prędkości cięcia plazmowego i laserowego do grubości 25 mm

W firmie Voortman przeanalizowaliśmy różnice w prędkości cięcia między plazmą a laserem w oparciu o realistyczny asortyment produkcyjny. Zrobiliśmy to, ponieważ przetwórcy stali zazwyczaj pracują z blachami o różnej grubości, zróżnicowaną geometrią elementów oraz mieszanymi partiami materiałów.

Poniższe porównanie obejmuje zrównoważony rozkład asortymentu produkcyjnego o grubościach stali do 25 mm. Ocenia ono, o ile szybciej działa maszyna laserowa, gdy jest wyposażona w różne poziomy mocy.

• Moc lasera 10 kW: 1,3 razy szybsza niż cięcie plazmowe.
• Moc lasera 12 kW: 2 razy szybsza niż plazma.
• Moc lasera 15 kW: 2,4 razy szybsza niż plazma.
• Moc lasera 20 kW: 2,8 razy szybsza niż cięcie plazmowe.

Cięcie laserowe a cięcie plazmowe: które zapewnia lepszą jakość cięcia?

Laser oraz plazmowe wycinarki zapewniają różną jakość cięcia, ponieważ wykorzystują różne zasady działania. Plazma tworzy łuk o wysokiej energii, który topi materiał i wyrzuca go z szczeliny cięcia. Daje to ostry cięcie z niewielką ilością żużlu, zapewniając powierzchnię, która zazwyczaj wymaga jedynie lekkiego wykończenia. Jednak materiały eksploatacyjne do cięcia plazmowego ulegają zużyciu. W miarę ich zużycia spada również jakość cięcia.

Laser światłowodowy działa inaczej. Skupia energię w bardzo małym punkcie, co tworzy wąską, kontrolowaną szczelinę cięcia. Ponieważ wiązka jest tak skoncentrowana, krawędzie są gładsze i czystsze niż w przypadku plazmy. Dlatego maszyna laserowa może podążać za bardzo drobnymi geometriami i filigranowymi konturami. Ta precyzja pozwala również na uzyskanie węższych tolerancji. Laser radzi sobie z delikatnymi elementami, takimi jak drobne nacięcia czy skomplikowane kształty wewnętrzne. Cięcie laserem światłowodowym tworzy krawędzie i kontury otworów, które są tak czyste, prostokątne i gładkie, że nie ma już potrzeby wiercenia otworów po zakończeniu cięcia.

Jak wspomniano wcześniej, laser zużywa mniej materiałów eksploatacyjnych. Te materiały eksploatacyjne do laserów zużywają się wolniej niż materiały do plazmy. Dlatego cięcia laserowe pozostają stabilne od pierwszej do ostatniej części, przy znacznie mniejszych wahaniach podczas produkcji.

Laser = najwyższa precyzja

• Bardzo mała szerokość cięcia
• Gładkie krawędzie
• Wąskie tolerancje
• Idealny do małych geometrii, drobnych detali, filigranowych konturów
  

Plazma = Dobra jakość do ogólnych zastosowań

• Szersza szczelina cięcia
• Nieco więcej żużlu/zanieczyszczeń
• Minimalne szlifowanie/wykańczanie
• Nie nadaje się do bardzo drobnych detali

Grubość stali przy cięciu plazmowym w porównaniu z cięciem laserowym

Cięcie laserowe i plazmowe mają swoje idealne zakresy grubości materiału. Różnica wynika ze sposobu, w jaki każda z tych technologii dostarcza energię do stali. Wiązka laserowa jest niezwykle skupiona. Doskonale nadaje się do cięcia blach o mniejszej i średniej grubości, gdzie ważna jest precyzja. Dzięki dzisiejszym źródłom światłowodowym o dużej mocy lasery mogą ciąć blachy o grubości od około 35 do 100 mm. W firmie Voortman nie zalecamy stosowania lasera do ciągłej produkcji blach o grubości powyżej 50 mm. Wszystko powyżej 50 mm należy traktować głównie jako dodatkową możliwość, a nie zakres codziennej produkcji. Daje to elastyczność w podejmowaniu sporadycznych zleceń w tych zakresach grubości.

Jakość cięcia laserowego zależy w dużym stopniu od wybranej mocy lasera. Dzięki laserowi o mocy 40 kW można uzyskać wysokiej jakości wyniki przy grubościach do co najmniej 30 mm. Nawet przy grubości 50 mm jakość cięcia jest nadal porównywalna z cięciem plazmowym. Aby uzyskać czyste cięcia bez utleniania, potrzebny jest azot lub mieszanka gazów oraz wystarczająca moc, aby to zapewnić.

Prosta zasada mówi: moc lasera w przybliżeniu równa się grubości materiału, aby uzyskać czyste cięcia.

Cięcie plazmowe nadaje się do innego zakresu grubości. Ponieważ łuk plazmowy jest silny, a szczelina cięcia szersza, cięcie plazmowe nie jest idealne dla cienkich blach. Wprowadza zbyt dużo ciepła do delikatnego materiału i nie pozwala osiągnąć takiej samej precyzji jak laser. Systemy plazmowe zaczynają mieć sens przy grubościach od około 5 mm. Pozostają one wysoce skuteczne aż do grubości 100 mm, w zależności od źródła plazmy. Plazma jest lepszym wyborem, gdy większość materiałów ma grubość powyżej 25 mm. Zwłaszcza jeśli nadal masz dużo pracy do wykonania w zakresie 30–75 mm. Dlatego typowe zakresy cięcia wyglądają następująco:

• Laser 1–25 mm
• Plazma 25–75 mm
• Paliwo tlenowe 75–200 mm

Plazma a laser: która technologia jest lepsza?

Przy wyborze między cięciem plazmowym cięciem plazmowym a cięciem laserowym cięciem laserowym , rzeczywista decyzja wykracza daleko poza prędkość cięcia lub jakość cięcia. Te różnice techniczne mają znaczenie. Nie decydują one jednak o tym, czy maszyna faktycznie przyniesie korzyści w środowisku produkcyjnym. To, co naprawdę ma znaczenie, to to, jak dobrze maszyna pasuje do Twojego codziennego sposobu pracy.

Kiedy laser staje się naprawdę wartościowy? Jeśli można utrzymać go w ruchu przez wystarczającą liczbę godzin, aby wykorzystać jego prędkość, precyzję i niskie koszty operacyjne. Dodatkowa wydajność, taka jak bezobsługowe zmiany nocne, weekendowe lub automatyczny załadunek i rozładunek, ma ogromny wpływ na to, jak opłacalny może być laser. Jeśli te godziny nie są dostępne, teoretyczna przewaga prędkości nie przekłada się na większą wydajność.

Dlatego wykorzystanie maszyny jest często ważniejsze niż sama prędkość cięcia. Maszyna, która jest technicznie bardzo szybka, ale pracuje tylko dwie godziny dziennie, nie zwiększy wydajności tego centrum kosztów. Z drugiej strony, nieco wolniejsza maszyna, która działa niezawodnie przez pełne zmiany, może wyprodukować znacznie więcej stali rocznie. Rzeczywisty zwrot z inwestycji wynika z całkowitej wydajności, a nie z maksymalnej prędkości cięcia.

Pytanie, które należy zadać, nie brzmi: „Która technologia jest lepsza?”. Nie, tylko: „Która maszyna zapewni mi największą wydajność w stosunku do zainwestowanych środków w ramach moich rzeczywistych warunków produkcyjnych?”. Odpowiedź zależy od różnych czynników. Na przykład od dostępnej siły roboczej, pożądanego stopnia autonomii, planowania produkcji, asortymentu grubości blach oraz tego, jaka pojemność buforowa jest potrzebna.

W firmie Voortman poważnie podchodzimy do tej kwestii. Oferujemy zarówno technologię plazmową, jak i laserową, ponieważ każda z nich ma swoje mocne strony w różnych sytuacjach. Dzięki temu możemy zachować obiektywizm i pomóc klientom w wyborze technologii, która odpowiada ich rzeczywistym potrzebom produkcyjnym. Nie tę, która po prostu pasuje do naszego portfolio produktów.

W końcu niektórzy stawiają na elastyczność, inni chcą większej wydajności, a jeszcze inni bardziej dbają o obsługę skomplikowanych elementów lub partii mieszanych. To, co naprawdę ma znaczenie, to fakt, że maszyna wspiera Państwa cel końcowy i sposób produkcji. Dlatego najlepszym wyborem jest ten, który pasuje do Państwa rzeczywistości, a nie ogólne porównanie technologii plazmowej z laserową.