Industrielle Anwendung von Hochleistungsfaserlasern Michael Grupp IPG Laser
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Industrielle Anwendung von Hochleistungsfaserlasern Michael Grupp, IPG Laser Gmb. H
Schweiß en und Schneiden mit Faserlasern Überblick · Faserlaser-Strahlquellen · Schweißen mit Faserlasern · Anwendungsbeispiele · Schneiden mit Faserlaser · Anwendungsbeispiele · Zusammenfassung 2 5/13/2008 IPG Photonics Confidential
IPG Photonics Corp. Strasbourg, France Burbach, Germany London, England Moscow, Russia Daejon, South Korea Tokyo, Japan Milan, Italy Beijing China Oxford, USA Hong Kong China Bangalore, India Opening early 2008 Manufacturing, Sales and R&D Manufacturing and Sales Only 3 5/13/2008 · 37, 000 m 2 Production area · >1000 Employees (July 2007) · R&D 15% IPG Photonics Confidential
Vertical Integration Fab Operations Laser diode Packaging Semiconductor Wafer Growth PLDs 5 -25 Diode Processing Optical Preform Chip Mounting Silica based glass Burn-In MCVD method Dope with rare earth ions Final Assembly Coupling Deep in technology Deep in experience Final burn in Shipment Modules Components Up to 800 -1000 Watts Bragg Podding active fibers 5/13/2008 3 Draw towers Active fibers only >200 different fibers Fiber Block 4 Fiber Draw Isolators Couplers IPG Photonics Confidential Gratings
IPG Faserlaser Konzept + LDM# Aktive Faser + LDM# LDM# Faserblock LDM# - - All-Fiber Format Laser Module · Kompaktes, integriertes optisches Design · S i ng l e Em i tt e r Pumpd i oden · Se i t li ches Pumpen · Robus t e r mechan i sche r Au f bau · Hohe thermische Stabilität/Indirekte Kühlung 55 5/13/2008 IPG Confidential IPG Photonics Confidential
Leistungsskalierung: Modulares Design + + Leistungsskalierung durch Addition von Modulen = Skalierbare und Aufrüstbare Leistung 6 5/13/2008 IPG Photonics Confidential = XL XXXL
10 k. W-Faserlaser (BPP 4. 5 mm mrad) Power Supply Block Diagramm MCU Fasermodul 1 Beam MCU Fasermodul 2 Combiner Hardwiring Profi-Bus Analog C. Prozeßfaser Ethernet MCU Xx k. W Fasermodul x Xx k. W MCU Stromversorgung MCU Fasermodul x+1 Strahlschalter Netzteil Fasermodule Floor. Space 0. 64 m 2 77 5/13/2008 IPG Confidential IPG Photonics Confidential
30 k. W Faserlaser YLR 30000 BPP=10. 8 mm mrad, 200µm Faserausgang Stellfläche <= 2 m 2, Leistungsaufnahme: 105 k. W 8 5/13/2008 IPG Photonics Confidential
Branchen und Einsatzgebiete Automotiv (Body/Powere train/Tailored Blanks) Aerospace (Cutting/Turbine regeneration/. . . ) Medical (Medical Technology/Surgery/Dermatology/. . . ) Energy Industry (Gas/Oil/Nuclear/Solar/Wind/. . . ) Micro technology (Cutting/Welding/Drilling/. . . ) Printing Ship Building (Flexo/. . ) (Cutting/Welding/Regeneration/. . . ) 99 5/13/2008 IPG Confidential IPG Photonics Confidential
• Fügen mit Faserlasern Mikro 10 5/13/2008 Makro/Dickblech IPG Photonics Confidential
Kontinuierliche Rohrfertigung YL R-6200 Schweißen von Rohren in Fülldrahtfertigung Wandstärke: t= 2, 5 mm Schweißgeschwindigkeit: v= 15 m/min YL R-3000 Hochgeschwindigkeitsschweißen Blechdicke: 0, 6 mm Geschwindigkeit: 35 m/min 11 11 5/13/2008 IPG Confidential IPG Photonics Confidential
Verzugsarmes Schweißen von Getriebekomponenten CO 2 -Laser Elektronenstrahl Faserlaser YLR 4000 -S BPP 1, 8 mm*mrad 12 5/13/2008 IPG Photonics Confidential
Schweißen von Kupferrohren Längsnaht (t= 1, 4 mm) Umfangsnaht (t= 1, 4 mm) Laser YLR 5000 Faserdurchmesser d. F= 100 µm Brennweitef= 300 mm P= 3 -5 k. W 13 13 5/13/2008 IPG Photonics Confidential IPG
Tailored Blank Welding Weltweit >15 Faserlaser (4 – 6 k. W) in Tailored Blank Linien im Einsatz 14 14 5/13/2008 Quelle: BIAS IPG Photonics Confidential IPG
Hohe Strahlqualität = Lange Brennweiten Scanner oder Schweißkopf Lampengepumpter Nd: YAG Laser Diodgepumpter Nd: YAG Laser Disc Laser Faserlaser 15 5/13/2008 IPG Photonics Confidential
Fiber Laser Scanner Remote Welding Arbeitsabstand 500 mm Faserlaser mit Scanner 16 16 5/13/2008 IPGPhotonics Confidential IPG
Dickblechschweißen mit Faserlasern -Schiffbau -Pipelinebau -Rohrfertigung - Off-Shore-Industrie Laser X 70 17 5/13/2008 Laser-Hybrid t = 12 mm PL= 10. 5 k. W v S = 2. 2 m/min IPG Photonics Confidential
Rohrfertigung Rundnaht Laser Hybrid Schweissen an Hydraulikzylindern P=1 0 k. W, t=1 2 mm, Hochfester Stahl 560 N/mm 2 vs=2 m/m in 18 18 5/13/2008 IPGPhotonics Confidential IPG
Hybrid Schweißen in Paneel Linie Aker Finyards Turku, Finnland 19 5/13/2008 IPG Photonics Confidential
Dickblechschweißen Laser-Schweissung 20 k. W t=26, 5 mm, 1 Lage vs=1 m/min Zeit ↓ Faktor 2 UP-Schweissung t=31 mm, 8 Lagen vs=0, 5 m/min / 8= 0, 06 m/min 20 5/13/2008 Schweißzusatz ↓ 2 k. G/m IPG Photonics Confidential
20 k. W High Power Fiber Laser YLR 20000 30 20 k. W 15 k. W 12 k. W 10 k. W 25 20 15 Stainless Steel(1. 4301/SUS 304) Spot size 420 um 10 5 0 0 5 10 15 Welding Speed m/min 21 5/13/2008 IPG Photonics Confidential 20
Dickblechschweißen YLR 20000 2 inch =50. 8 mm Butt joint 2 inches (50. 8 mm) Lage-Gegenlage Edelstahl 1. 4301 22 5/13/2008 Überlappverbindung 2 x 15 mm Edelstahl 1. 4301 IPG Photonics Confidential
• Schneiden mit Faserlasern 23 5/13/2008 IPG Photonics Confidential
Schneiden mit Singlemode Lasern Hohe Präzision, hohe Produktivität, geringer Wärmeeintrag 24 5/13/2008 IPG Photonics Confidential
Vorteile des Faserlasers in Schneidanwendungen - Konstante Fokussierbedingungen im gesamten Arbeitsraum ohne zusätzl. Optiken - Flexibler Aufbau ohne starres Strahlführungssystem - Kompakter Aufbau durch integrierte. Strahlquelle - Keine “start-up time” - Hohe Schneidgeschwindigkeiten - - - 25 5/13/2008 Geringe Leistungsanforderungen durch Gute Fokusierbarkeit Keine Strahljustage notwendig IPG Photonics Confidential
Vergleich CO 2 / Faserlaserschneiden 16 14 YLR 2000 -S 4 k. W CO 2 -Laser 12 10 Stainless Steel 8 6 4 2 0 0 2 4 6 8 10 12 14 material thickness [mm] cutting gas: Nitrogen 26 5/13/2008 IPG Photonics Confidential
Schneidbeispiele ·Stahl ·Aluminium ·Messing ·Kupfer ·Titan · Keramik ·etc. 27 5/13/2008 IPG Photonics Confidential
Schneiden von Edelstahl 10 mm 8 mm 6 mm 4 mm v= 0. 7 m/min 10 mm v= 1. 2 m/min v= 2. 1 m/min v= 4. 4 m/min 15 mm 28 5/13/2008 YLR 2000 (Q)CW Fokussierung f= 10” (254 mm) IPG Photonics Confidential
2 D-Schneidanlage: Finsomac (Italien) 2 D Schneidsystem mit 1. 5 k. W Laser 29 5/13/2008 IPG Photonics Confidential
Zusammenfassung Faserlaser in allen Leistungsklassen werden heute aufgrund der typischen Eigenschaften in vielen Bereichen der Schweiß- und Schneidtechnik eingesetzt: Gute Strahlqualität: Mikroschweißen, Remote Welding, Verzugsarmes Schweißen Hochgesch windigkeitsschneiden, Feinstschneiden - - Hohe Leistung: Rohrleitungsbau, Schiffbau, Off-Shore Industrie - -Hohe Verfügbarkeit -Geringer Energieverbrauch 30 5/13/2008 IPG Photonics Confidential