For bare et årti siden blev fiberlaserskærere betragtet som specialister i tyndplader. Butikker fandt hurtigt ud af, at de var nødt til at investere i dem for at konkurrere eller i det mindste skære i deres målemateriale. Til højkvalitets pladeskæring er CO2-lasere stadig vejen at gå. Nok kunne fiberlasere skære tykkere emner, men kvaliteten var ikke stor, og deres hastighedsfordel forsvandt næsten, når man skærer meget tykke plader. I dag har verden ændret sig.
Hjælpegasteknologien er nået langt på få år, og den er en af de vigtigste bidragydere til det hastigt skiftende område inden for laserskæring. Linsematerialer og deres design er blevet forbedret, ligesom skærehoveder og dyser er blevet forbedret. Moderne fiberlaserstråleleveringssystemer kan ses at klare sig komfortabelt med enorme fotonkræfter. 20, 30 og endda 50 kW ultra-high-power lasere kan nu skære tykke plader hurtigt og rent.
"Ren" er det operative ord her. Hvorvidt en laser giver økonomisk mening kommer ned til prisen pr. del. I dag blomstrer højeffektlasere inden for præcisionspladeskæring. Hvis en del tidligere blev plasmaskåret og derefter afgratet eller færdigbehandlet på en fræsemaskine, kan det nu muligvis gøres på en fiberlaser.
Hjælpegasblanding er med til at gøre det hele muligt. Selv de tykkeste plader i dag behandles ikke med oxygen, men med en nitrogen-iltblanding. Hjælpegasstrømmen består stadig primært af nitrogen, en inert gas, der driver det smeltede metal ud af skæret, men en lille portion ilt giver den kemiske reaktion, der hjælper med at bringe skæret til bunden for en slaggfri kant.
Stativet mellem overfladen og dysen er lavet så lille, at det næsten ikke eksisterer, alt sammen for at tillade en laminær strøm af hjælpegasser gennem snittet, så nitrogen-ilt-blandingen kan fungere efter hensigten. Ved præcisionspladeskæring er overdreven hjælpegasturbulens fjenden af ren laserskæring.
Tidlige gasblandingsapplikationer dukkede op for mere end ti år siden, ikke til tykt stål, men til slaggfri skæring af aluminium. Steve Albrecht, præsident for Pewaukee, Wisconsin-baserede Liberty Systems, en leverandør af nitrogengenerering og gasblanding, minder om at bruge nitrogen-oxygenblandinger i de tidlige 2010'ere, ikke til fiberlasere, men til en 4 kW CO2 system til at skære 0.125-tommer tykt aluminium.
"Aluminium har et oxidlag på toppen," siger Albrecht, "og du er nødt til at brænde det af for at forhindre slagg eller grater. Som applikationsingeniørerne opdagede, hjælper en nitrogen-assisteret luftstrøm med en dosis ilt med at eliminere hård- for at fjerne afskum på kanterne af laserskåret aluminium.
"Som et blødere materiale har aluminium nogle unikke egenskaber til laserskæring," siger David Bell, præsident for Witte Gas Control i Alpharetta, Georgia, "Gasblandingen er nyttig. Hvis du skærer aluminium med ilt, brænder du det. Hvis du skær det med nitrogen, du får kantstriber Bland de to og du får et renere snit.
Efterhånden som fiberlasere begyndte at overtage markedet, og tilgængelig strøm fortsatte med at vokse, fortsatte hjælpegasstrategier med at udvikle sig. Applikationsingeniører begyndte at eksperimentere med forskellige kombinationer af nitrogen og oxygen.
Som Albrecht husker, da ingeniører begyndte at få gode resultater med iltniveauer, der nærmede sig 20 procent, åbnede det døren til at bruge ultratør luft til skæring. Dette sparede producenten for mange penge, især i betragtning af mængden af hjælpegas, der forbruges af de tidlige fiberlasere.
"Da de første 6 kW og 8 kW fibre kom ud," siger Albrecht, "det var da ultratør luftskæring for alvor begyndte at tage fart.
Men efterhånden som fiberlasereffekten fortsatte med at stige, ændrede hjælpegasstrategien sig. Skæreforhold for fiberlasere med den højeste effekt var bygget op omkring præcise nitrogen-ilt-blandinger med lavt iltindhold.
OEM'er af laserskærere begyndte at eksperimentere med forskellige dyser og forskellige tilgange for at opnå en jævn laminær strøm af hjælpegasser omkring en kraftigere stråle. Dysedesign blev optimeret. Nogle dysegeometrier fanger gassen i toppen af metallet. Andre teknikker bruger luft "gardiner" omkring søjlen af hjælpegas. Som Albrecht forklarer, afhænger disse metoder af maskinbyggeren, men alle arbejder mod det samme mål: at opnå den bedste snitkvalitet til den laveste pris pr. styk. Dette inkluderer brugen af hjælpegasser og især at finde den optimale blanding for at forbedre skærekvaliteten og hastigheden.
