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2013年5月10日 – 新製品の発表 (ミュンヘンのレーザフェアにおいて)

フォトニクス レーザワールド展示会 ミュンヘン 2013

 

レーザーラインがプロダクトラインを拡大

 

全体的なパフォーマンス、能率、ビーム品質について

 

 

ダイオードレーザ市場においてリーダー的存在であるレーザーラインは、フォトニクスレーザワールドの展示会にて多数の新開発された製品を展示しました。

特に、目立ったのは15kWから20kWへの最大出力の増加、42%というすでに高いエネルギー効率から48%への改良、全く新しい8mm mradのビームパラメータのダイードレーザ、そしてレーザや付属品における新しい機能や改良点でした。加工光学系の全く新しい製品ラインナップについても紹介しました。

 

ファイバー付ダイオードレーザ性能の新たなベンチマーク

 

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以前まで、レーザーラインのダイオードレーザの電力は最大15kWでした。2013年5月のフォトニクス レーザワールド展の地点では、最大出力レベルは20kWまで上げられました。これは特に、アクティブクーリングのダイオードバー、個々のダイオードのカップリング技術や電源供給ユニットの集合など、レーザコンポーネントの継続的な改良により可能になりました。「この業界と常に拡大するデマンドにより、レーザ加工においての出力を15kWから20kWに上げる必要がありました。ただ、これが最後であるとは考えておりません。今日、私達はすでに更なるステップアップの必要性を見据え、明確なビジョンを持っています。」と、マネジングパートナーのクリストフ・ウルマン博士は説明します。半導体素子の駆動に必要な電流レベルは、レーザーラインの実績のあるアクティブクーリングを使用するからこそ実現します。その新しい出力レベルにおいても、レーザーラインは引き続きダイオードの5年保証制度を提供しており、これは品質と可用性を常に追求し続けるレーザーラインの明確なステートメントです。同社はまた、オプティックファイバーのレーザ出力の一貫した接続性にもその真価を発揮しています。220mm mradのビーム品質は、一般的な熱処理加工、特にスチールの硬化や焼き戻しの分野において最適です。多岐にわたる光学系コンポーネントを用いて、円、正方形、四角形、楕円形などのスポット形状を用途に合わせて正確に適合することができます。

 

   

期待を上回る電気効率 

 

生産工程におき、今は世界的にエネルギー削減の傾向がありますが、レーザーラインもよりエコロジー製品を作り出していかないといけないという課題があります。この展示会の地点では、ワークピースのレーザ出力と消費電力量の比が50%近くまで上がり、ファイバー付ダイオードレーザの48%という設定記録に達しました。「今年の初めの地点は、まだ私達がこの目標に到達できるかはわかりませんでした。」と、マネジングパートナーのフォルカ・クラウスは言います。「しかし、私達は成功しました。主に個々のレーザダイオードバーによって放射される光の改良によるものです。チップからワークピースまでのロスの低減、ダイオード自体の電気−光効率の向上、更に、レーザ全体の電力ロスの低減により、目標の50%にほぼ到達するところまできました。これは、2011年の地点で予想した時期よりも1年早いものです。」

 

ビームコンバータ付LDFによるダイオードレーザの製品ラインナップの拡大

 

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2012年、2013年と、レーザーラインが学会等でダイオードレーザのビーム品質向上のための新技術についてプレゼンテーションを行った後、LASER2013での新製品へのステップアップは当然の事として行われました。8mm mradのビーム品質を備えた2kW、3kW、 4kWのLDF(Laserline Diode laser Fiber-coupled)シリーズの登場により、ダイオードレーザは新しい領域を獲得しました。ダイオードレーザの放射はアクティブファイバー内で接続します。このファイバー(コンバータ)が70%を超える光−光効率で、実質的に改善された輝度のレーザビームを発生させます。これにより波長だけがわずかに相殺され、変換技術をもつダイオードレーザは、レンズメーカー、ミラーメーカー、光学システムメーカーの部品と組み合わせて使用できます。

「新しいLDF4000-8は従来のファイバーレーザとは異なります。私達は標準的なダイオードレーザのレーザダイオードとパッシブファイバーとの間にアクティブファイバーを設置しました。これにより、はるかに高品質のビームを作り出すことができたのです。」と、フォルカ・クラウスは言います。私達の技術により、基本モードのレーザのエリアをコントロールします。」と、彼は付け加えます。「私達の顧客は、300µm以下の焦点径のアプリケーションや、通常ワークディスタンスが大きいリモート溶接などに使用できる新しいダイオードレーザを求めていました。」と、クリストフ ・ウルマンはコメントしてます。「すでに成功を収めている私達のダイオードレーザにとって、この新しいレーザはサプリメントと言えます。」面積が1㎡に満たない新しいレーザは、200µmのファイバーを標準装備しており、約28%の電気効率を達しています。オペレーションはLDFシリーズの他のすべてのレーザと全く同じプラットフォームを用いて行われています。年に一度のフィルター交換のみなど、最小限のメンテナンスコンセプトは変わらず、またおなじみのレーザダイオード5年保証制度もついています。

「新しいLDF4000-8は従来のファイバーレーザとは異なります。私達は標準的なダイオードレーザのレーザダイオードとパッシブファイバーとの間にアクティブファイバーを設置しました。これにより、はるかに高品質のビームを作り出すことができたのです。」と、フォルカ・クラウスは言います。私達の技術により、基本モードのレーザのエリアをコントロールします。」と、彼は付け加えます。「私達の顧客は、300µm以下の焦点径のアプリケーションや、通常ワークディスタンスが大きいリモート溶接などに使用できる新しいダイオードレーザを求めていました。」と、クリストフ ・ウルマンはコメントしてます。「すでに成功を収めている私達のダイオードレーザにとって、この新しいレーザはサプリメントと言えます。」面積が1㎡に満たない新しいレーザは、200µmのファイバーを標準装備しており、約28%の電気効率を達しています。オペレーションはLDFシリーズの他のすべてのレーザと全く同じプラットフォームを用いて行われています。年に一度のフィルター交換のみなど、最小限のメンテナンスコンセプトは変わらず、また従来と同じくレーザダイオード5年保証制度もついています。

 

   

アプリケーションの最適アップタイムのための加工光学系

 

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ビーム品質に加え、加工光学系もアプリケーションの成功に不可欠です。そのため、レーザーラインは、溶接、コーティング、硬化、表面処理のためのアプリケーション用光学部品の全体的な再設計を行いました。光学系は現在すべてステンレススチールで作られており、個々のコンポーネントの自動調整ができる構造になっています。そして内部に冷却システムが備わっています。特にケアを必要としない冷却水が、単にファイバープラグに取り付けられており、新シリーズの内部ではホースを妨害することがありません。例えば、レーザクラッディング(肉盛り)での、長時間のオペレーションでホースなどが反射した熱でダメージを受けるという問題を回避できます。

光学系用の冷却水はレーザユニットの一部としてもご用意できます。また以前より、設置場所で高温水を使用する場合に備え、高気温の環境でも結露が発生せず、19インチラックユニットとしてコントロールキャビネット内に設置可能な光学冷却システムもオプションで用意しております。

 

LDF4500-30によるレーザ溶接アプリケーションの拡大

 

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4kWダイオードレーザで30mm mradのビーム品質を作り出すという功績により、2011年から自動車ボディの溶接を始め、その他のアプリケーションでこの技術が使われるようになりました。そして、そのようなアプリケーションで使用されていた以前のレーザ技術から次第に置き換えられつつあります。出力を4.5kWまで上げるというのは、600µmのファイバーを使用するよりたくさんのレーザ溶接アプリケーションのための当然の結果でした。実績ある技術はそのままに、ハイパワーのレーザダイオードを使用することにより、出力の限界を上げることに成功しました。自動車産業界において、600µmのファイバーを溶接やブレージング(ろう付け)で使用するのはとりわけ有益なこととされています。単純に異なる口径を使用でき、スペアパーツとしてただ1つのタイプのファイバーを保管しておくだけでいいのです。高性能で小面積、そして装置の機能性を兼ね備えており、24時間稼働体制の生産業に最適です。

 

 

 

 

3ファイバーまでのパワーシェアリング

 

2カ所や3カ所での同時操作を行うアプリケーションにおいても、ゆがみを回避しないといけません。このため、何年もの間、レーザのレーザ出力は何本かのファイバーで分配されてきました。レーザーラインも、このパワーシェアリングが可能なレーザを提供しています。出力分配比は50/50%、または33/33/33%です。

以前は初期設定比のみ設定可能でしたが、新技術により分配比を変更できるようになりました。これにより、家電製品のようなスピード性を求められる場合にも柔軟に対応できるパワーシェアリングレーザとして使用可能となりました。

通常のコントロールモジュールでオペレーターによる出力分配比の調整ができるため、テレサービスを使用したり、技術者を呼ぶ必要がありません。ジョブショップ行われるアプリケーションでも、必要条件がよく変わりますが、ここでもレーザのオペレータが他の措置なしで分配比を切り換えることができます。

 

新NA 0.12での400µmファイバーの製品ライン

 

30mm mradのレーザ出力を増加させることに加え、レーザーラインはこれと新たに導入されたビームコンバータダイオードレーザの8mm mradのビーム品質との差を埋めました。このレーザは現在NA0.12で400µmファイバー付レーザ出力3,000WのLDFシリーズで販売しています。これにより、焦点距離が150mmで焦点径が300µmという要件を満たすことができます。ワークまでの距離150mmというのは、3シフト溶接アプリケーションで実証されている数値です。経験則でいうと、ダイオードレーザによる溶接はスパッタが少なく、均一で滑らかなシームになります。現在、8mm mradから20mm mradのビーム品質、500W出力のモジュラーLDMから最高20kWまでの幅広いLDFシリーズまで選択の幅が広がりました。

Laser-Assisted Tape Placement of CFRPs

tl_files/Laserline/img/tapelegen-faserverbundstoffe.jpgSince 2009, diode lasers have been used in the production of CFRP components. Special homogenizing optics, 3 kW of laser power, and a high process efficiency result in tape layering speeds of several meters per minute. The small footprint of Laselrine's fiber-coupled diode laser module LDM 3000-100, coupled with its high efficiency, allowed the customer to build a robust, compact, class-1 welding cell, suitable for transport on roads.

 

Diode lasers are revolutionizing the tape placement and winding technology for fiber-reinforced plastics. Local heating and accurate temperature control replace large autoclaves and enable one-step processing of thermoplastics. Advanced fiber placement technology with diode lasers is used by the major airplane manufacturers for fuselage and panel construction.

 

Increasingly, items such as aircraft parts, pressure vessels, seals and pipes that have traditionally been made of steel or aluminum are being replaced by ones made out of carbon fiber-reinforced plastic based on plastomers (CFRP). The use of CFRP improves the mechanical properties of the product and can create a weight savings of up to 70 percent. Laserline's customer - AFPT GmbH - manufactures CFRPs from tape coiled or layered in a mold. In a temporally and spatially controlled process, the diode laser efficiently heats and melts the tape material in the joint area. 

 

AFPT GmbH built a tape placement head mounted on a robot to place CFRP tape on the 3D preform. Working in close cooperation with the customer, Laserline developed special homogenizing optics to heat the CFRP strips as they are placed. These optics produce a rectengular laser focus with a very uniform energy distribution. A coaxial multi-point temperature control regulates the laser power to ensure a safe heating of the material and keeps it below the decomposition temperature.