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Industrielle Anwendung von Hochleistungsfaserlasern

Industrielle Anwendung von Hochleistungsfaserlasern. Michael Grupp, IPG Laser GmbH. 2 5/13/2008 IPG Photonics Confidential. 2 5/13/2008 IPG Photonics Confidential. 2 5/13/2008 IPG Photonics Confidential. Schwei ß en und Schneiden mit Faserlasern - Ü berblick. Faserlaser-Strahlquellen

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Industrielle Anwendung von Hochleistungsfaserlasern

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Presentation Transcript

  1. Industrielle Anwendung von Hochleistungsfaserlasern Michael Grupp, IPG Laser GmbH

  2. 2 5/13/2008 IPG Photonics Confidential 2 5/13/2008 IPG Photonics Confidential 2 5/13/2008 IPG Photonics Confidential Schweißen und Schneiden mit Faserlasern - Überblick • Faserlaser-Strahlquellen • Schweißen mit Faserlasern • Anwendungsbeispiele • Schneiden mit Faserlaser • Anwendungsbeispiele • Zusammenfassung

  3. 3 5/13/2008 IPG Photonics Confidential 3 5/13/2008 IPG Photonics Confidential Strasbourg, France London, England Burbach, Germany Moscow, Russia Daejon, South Korea Tokyo, Japan Milan, Italy Beijing China Oxford, USA Hong Kong China Bangalore, India Opening early 2008 Sales Only Manufacturing, Sales and R&D Manufacturing and Sales • 37,000 m2 Production area • >1000 Employees (July 2007) • R&D 15%

  4. 4 5/13/2008 IPG Photonics Confidential 4 5/13/2008 IPG Photonics Confidential Components Bragg Gratings Isolators Couplers Modules Up to 800-1000 Watts Fiber Block Podding active fibers Fab Operations Semiconductor Wafer Growth Diode Processing Chip Mounting Burn-In Laser diode Packaging PLDs 5-25 Optical Preform Silica based glass MCVD method Dope with rare earth ions Deep in technology Deep in experience Fiber Draw 3 Draw towers Active fibers only >200 different fibers Final Assembly Coupling Final burn in Shipment

  5. 5 5/13/2008 IPG Photonics Confidential 5 5/13/2008 IPG Photonics Confidential 5 5/13/2008 IPG Photonics Confidential + + - - LDM#LDM#LDM# LDM#LDM#LDM# All-Fiber Format Laser Module Faserblock Aktive Faser LDM#LDM#LDM# LDM#LDM#LDM# • Kompaktes, integriertes optisches Design • Single Emitter Pumpdioden • Seitliches Pumpen • Robuster mechanischer Aufbau • Hohe thermische Stabilität/Indirekte Kühlung

  6. 6 5/13/2008 IPG Photonics Confidential Leistungsskalierung: Modulares Design + + + + = XL XXL XXXL Leistungsskalierung durch Addition von Modulen = Skalierbare und Aufrüstbare Leistung

  7. 7 5/13/2008 IPG Photonics Confidential IPG Photonics Confidential 7 5/13/2008 10kW-Faserlaser (BPP 4.5mm mrad) FloorSpace 0.64 m2 Power Supply MCU Stromver-sorgung Hardwiring Profi-Bus Analog C. Ethernet Fasermodule Netzteil MCU MCU MCU MCU Fasermodul 1 Fasermodul 2 Fasermodul x Fasermodul x+1 Block Diagramm Strahlschalter Combiner Beam Prozeßfaser Xx kW Xx kW

  8. 8 5/13/2008 IPG Photonics Confidential 30kW Faserlaser YLR 30000 BPP=10.8mm mrad, 200µm Faserausgang Stellfläche <= 2m2, Leistungsaufnahme: 105kW

  9. 9 5/13/2008 IPG Photonics Confidential IPG Photonics Confidential 9 5/13/2008 Branchen und Einsatzgebiete Micro technology (Cutting/Welding/Drilling/...) (Gas/Oil/Nuclear/Solar/Wind/...) Energy Industry Ship Building Printing (Flexo/....) (Cutting/Welding/Regeneration/...) Aerospace (Cutting/Turbine regeneration/...) (Body/Power train/Tailored Blanks) Automotive Medical (Medical Technology/Surgery/Dermatology/...)

  10. 10 5/13/2008 IPG Photonics Confidential • Fügen mit Faserlasern Mikro Makro/Dickblech

  11. 11 5/13/2008 IPG Photonics Confidential IPG Photonics Confidential 11 5/13/2008 Kontinuierliche Rohrfertigung YL R-6200 Schweißen von Rohren in Fülldrahtfertigung Wandstärke: t= 2,5 mm Schweißgeschwindigkeit: v= 15m/min YL R-3000 Hochgeschwindigkeitsschweißen Blechdicke: 0,6 mm Geschwindigkeit: 35m/min

  12. 12 5/13/2008 IPG Photonics Confidential CO2-Laser Elektronenstrahl Faserlaser YLR4000-S BPP 1,8 mm*mrad

  13. 13 5/13/2008 IPG Photonics Confidential 13 5/13/2008IPG Photonics Confidential 13 5/13/2008IPG Photonics Confidential Schweißen von Kupferrohren Längsnaht Umfangsnaht (t= 1,4 mm) (t= 1,4 mm) Laser YLR5000 Faserdurchmesser dF= 100 µm Brennweitef= 300 mm P= 3 -5 kW

  14. 14 5/13/2008 IPG Photonics Confidential 14 5/13/2008IPG Photonics Confidential Tailored Blank Welding Weltweit >15 Faserlaser (4 –6 kW) Quelle: BIAS in Tailored Blank Linien im Einsatz

  15. 15 5/13/2008IPG Photonics Confidential 15 5/13/2008IPG Photonics Confidential Hohe Strahlqualität = Lange Brennweiten Scanner oder Schweißkopf Lampengepumpter Nd:YAG Laser Diodgepumpter Nd:YAG Laser Disc Laser Faserlaser

  16. 16 5/13/2008IPG Photonics Confidential IPG Photonics Confidential 16 5/13/2008 Fiber Laser Scanner Remote Welding Arbeitsabstand 500mm Faserlaser mit Scanner

  17. 17 5/13/2008IPG Photonics Confidential Dickblechschweißen mit Faserlasern -Schiffbau -Pipelinebau -Rohrfertigung - Off-Shore-Industrie Laser-Hybrid Laser X70 t = 12 mm PL= 10.5 kW v S = 2.2 m/min

  18. 18 5/13/2008IPG Photonics Confidential Rohrfertigung - Rundnaht IPG Photonics Confidential 18 5/13/2008 Laser Hybrid Schweissen an Hydraulikzylindern P=1 0kW, t=1 2mm, Hochfester Stahl 560N/mm2 vs=2m/m in

  19. 19 5/13/2008IPG Photonics Confidential Aker Finyards Turku, Finnland

  20. 20 5/13/2008IPG Photonics Confidential Laser-Schweissung 20kW t=26,5 mm, 1 Lage vs=1 m/min Zeit ↓ Faktor 2 Schweiß- zusatz ↓ 2kG/m UP-Schweissung t=31 mm, 8Lagen vs=0,5m/min / 8= 0,06m/min

  21. 0 5 10 15 20 YLR 20000 30 25 20 15 10 5 0 Stainless Steel(1 .4301/SUS 304) Spot size 420 um 20 kW 15 kW 12 kW 10 kW IPG Photonics Confidential 21 5/13/2008 Welding Speed m/min

  22. 22 5/13/2008 IPG Photonics Confidential 22 5/13/2008 IPG Photonics Confidential 22 5/13/2008 IPG Photonics Confidential Dickblechschweißen YLR20000 Butt joint 2 inches (50.8 mm) Lage-Gegenlage Edelstahl 1.4301 Überlappverbindung 2x 15 mm Edelstahl 1.4301 2 inch =50.8 mm

  23. 23 5/13/2008 IPG Photonics Confidential 23 5/13/2008 IPG Photonics Confidential • Schneiden mit Faserlasern

  24. 24 5/13/2008 IPG Photonics Confidential 24 5/13/2008 IPG Photonics Confidential Schneiden mit Singlemode Lasern Hohe Präzision, hohe Produktivität, geringer Wärmeeintrag

  25. 25 5/13/2008 IPG Photonics Confidential 25 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 integrierteStrahlquelle - Keine “start-up time” - Hohe Schneidgeschwindigkeiten - Geringe Leistungsanforderungen durch - Gute Fokusierbarkeit - Keine Strahljustage notwendig

  26. 26 5/13/2008 IPG Photonics Confidential 26 5/13/2008 IPG Photonics Confidential Vergleich CO2 / Faserlaserschneiden 0 2 4 6 8 10 12 14 material thickness [mm] 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Stainless Steel YLR 2000-S 4kW CO2-Laser cutting gas: Nitrogen

  27. 27 5/13/2008 IPG Photonics Confidential 27 5/13/2008 IPG Photonics Confidential

  28. Schneiden von Edelstahl IPG Photonics Confidential 28 5/13/2008 YLR2000 (Q)CW Fokussierung f= 10” (254 mm) 15 mm 10 mm v= 0.7 m/min v= 1.2 m/min v= 2.1 m/min v= 4.4 m/min 10 mm 8 mm 6 mm 4 mm

  29. 29 5/13/2008 IPG Photonics Confidential 29 5/13/2008 IPG Photonics Confidential 29 5/13/2008 IPG Photonics Confidential 2D-Schneidanlage: Finsomac (Italien) 2D Schneidsystem mit 1.5 kW Laser

  30. 30 5/13/2008 IPG Photonics Confidential 30 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

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