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Industrielle Anwendung von Hochleistungsfaserlasern. Michael Grupp, IPG Laser GmbH. 25/13/2008IPG Photonics Confidential. 25/13/2008IPG Photonics Confidential. 25/13/2008IPG Photonics Confidential. Schwei ß en und Schneiden mit Faserlasern - Ü berblick. Faserlaser-Strahlquellen - PowerPoint PPT Presentation
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Industrielle Anwendung vonHochleistungsfaserlasern
Michael Grupp, IPG Laser GmbH
2 5/13/2008 IPG Photonics Confidential2 5/13/2008 IPG Photonics Confidential2 5/13/2008 IPG Photonics Confidential
Schweißen und Schneiden mit Faserlasern -Überblick
·Faserlaser-Strahlquellen·Schweißen mit Faserlasern
·Anwendungsbeispiele·Schneiden mit Faserlaser
·Anwendungsbeispiele·Zusammenfassung
3 5/13/2008 IPG Photonics Confidential3 5/13/2008 IPG Photonics Confidential
IPG Photonics Corp.Strasbourg, France London, England Burbach, Germany
Moscow, Russia Daejon, South Korea
Tokyo, Japan
Milan, Italy
Beijing China
Oxford, USAHong 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 5/13/2008 IPG Photonics Confidential4 5/13/2008 IPG Photonics Confidential
Vertical Integration
Components Bragg Gratings
Isolators
Couplers
ModulesUp to 800-1000 Watts
Fiber Block Podding
active fibers
Fab OperationsSemiconductor Wafer Growth
Diode Processing
Chip Mounting
Burn-In
Laser diode PackagingPLDs 5-25
Optical PreformSilica based glass
MCVD method
Dope with rare earth ions
Deep in technologyDeep in experience Fiber Draw
3 Draw towers
Active fibers only >200 different fibers
Final Assembly Coupling
Final burn in Shipment
5 5/13/2008 IPG Photonics Confidential5 5/13/2008 IPG Photonics Confidential
IPG Faserlaser Konzept
55/13/2008
IPG Photonics Confidential
++
--
LDM#
LDM#
LDM#
LDM#
LDM#
LDM#
All-Fiber Format Laser Module
Faserblock
Aktive FaserLDM#
LDM#
LDM#
LDM#
LDM#
LDM#
·Kompaktes, integriertes optisches Design
·Single Emitter Pumpd ioden·Se it l iches Pumpen·Robuster mechanischer Aufbau·Hohe thermische Stabilität/Indirekte
Kühlung
6 5/13/2008 IPG Photonics Confidential
Leistungsskalierung: Modulares Design
+ + + + = XLXXLXXXL
Leistungsskalierung durch Addition von Modulen= Skalierbare und Aufrüstbare Leistung
7 5/13/2008 IPG Photonics Confidential
IPG Photonics Confidential75/13/2008
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 5/13/2008 IPG Photonics Confidential
30kW Faserlaser YLR 30000
BPP=10.8mm mrad, 200µm FaserausgangStellfläche <= 2m2, Leistungsaufnahme: 105kW
9 5/13/2008 IPG Photonics Confidential IPG Photonics Confidential95/13/2008
Branchen und Einsatzgebiete
Micro technology(Cutting/Welding/Drilling/...)
(Gas/Oil/Nuclear/Solar/Wind/...)Energy Industry
Ship BuildingPrinting(Flexo/....)
(Cutting/Welding/Regeneration/...)
Aerospace(Cutting/Turbine regeneration/...)
(Body/Power train/Tailored Blanks)Automotiv
e
Medical(Medical Technology/Surgery/Dermatology/...)
10 5/13/2008 IPG Photonics Confidential
• Fügen mit Faserlasern
Mikro Makro/Dickblech
11 5/13/2008 IPG Photonics Confidential
IPG Photonics Confidential115/13/2008
Kontinuierliche Rohrfertigung
YL R-6200Schweißen von Rohren inFülldrahtfertigungWandstärke: t= 2,5 mmSchweißgeschwindigkeit: v= 15m/min
YL R-3000HochgeschwindigkeitsschweißenBlechdicke: 0,6 mmGeschwindigkeit: 35m/min
12 5/13/2008 IPG Photonics Confidential
Verzugsarmes Schweißen vonGetriebekomponenten
CO2-Laser Elektronenstrahl Faserlaser
YLR4000-SBPP 1,8 mm*mrad
13 5/13/2008 IPG Photonics Confidential13 5/13/2008 IPG Photonics Confidential13 5/13/2008 IPG Photonics Confidential
Schweißen von Kupferrohren
Längsnaht Umfangsnaht(t= 1,4 mm) (t= 1,4 mm)
Laser YLR5000
Faserdurchmesser dF= 100 µmBrennweitef= 300 mmP= 3 -5 kW
14 5/13/2008 IPG Photonics Confidential14 5/13/2008 IPG Photonics Confidential
Tailored Blank Welding
Weltweit >15 Faserlaser (4 –6 kW) Quelle: BIAS
in Tailored Blank Linien im Einsatz
15 5/13/2008 IPG Photonics Confidential15 5/13/2008 IPG Photonics Confidential
Hohe Strahlqualität = Lange Brennweiten
Scanner oder Schweißkopf
LampengepumpterNd:YAG Laser
DiodgepumpterNd:YAG Laser
Disc Laser
Faserlaser
16 5/13/2008 IPG Photonics Confidential
IPG Photonics Confidential165/13/2008
Fiber Laser Scanner Remote Welding
Arbeitsabstand 500mmFaserlaser mit Scanner
17 5/13/2008 IPG Photonics Confidential
Dickblechschweißen mit Faserlasern
-Schiffbau-Pipelinebau-Rohrfertigung- Off-Shore-Industrie
Laser-HybridLaser X70t = 12 mmPL= 10.5 kWv S = 2.2 m/min
18 5/13/2008 IPG Photonics Confidential
Rohrfertigung - Rundnaht
IPG Photonics Confidential185/13/2008
Laser Hybrid Schweissen an HydraulikzylindernP=1 0kW, t=1 2mm, Hochfester Stahl 560N/mm2
vs=2m/m in
19 5/13/2008 IPG Photonics Confidential
Hybrid Schweißen in Paneel Linie
Aker FinyardsTurku, Finnland
20 5/13/2008 IPG Photonics Confidential
Dickblechschweißen
Laser-Schweissung 20kWt=26,5 mm, 1 Lagevs=1 m/min
Zeit ↓Faktor 2
Schweiß-zusatz ↓2kG/m
UP-Schweissungt=31 mm, 8Lagenvs=0,5m/min / 8= 0,06m/min
20 kW High Power Fiber Laser
0 5 10 15 20
YLR 2000030
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 Confidential215/13/2008
Welding Speed m/min
22 5/13/2008 IPG Photonics Confidential22 5/13/2008 IPG Photonics Confidential22 5/13/2008 IPG Photonics Confidential
Dickblechschweißen YLR20000
Butt joint 2 inches (50.8 mm)Lage-GegenlageEdelstahl 1.4301
Überlappverbindung 2x 15 mmEdelstahl 1.4301
2 inch =50.8 mm
23 5/13/2008 IPG Photonics Confidential23 5/13/2008 IPG Photonics Confidential
• Schneiden mit Faserlasern
24 5/13/2008 IPG Photonics Confidential24 5/13/2008 IPG Photonics Confidential
Schneiden mit Singlemode Lasern
Hohe Präzision, hohe Produktivität, geringer Wärmeeintrag
25 5/13/2008 IPG Photonics Confidential25 5/13/2008 IPG Photonics Confidential
Vorteile des Faserlasers in Schneidanwendungen
- Konstante Fokussierbedingungen imgesamten Arbeitsraum ohne zusätzl. Optiken
- Flexibler Aufbau ohne starresStrahlführungssystem
- Kompakter Aufbau durchintegrierteStrahlquelle
- Keine “start-up time”
- Hohe Schneidgeschwindigkeiten
- Geringe Leistungsanforderungen durch
- Gute Fokusierbarkeit- Keine Strahljustage notwendig
26 5/13/2008 IPG Photonics Confidential26 5/13/2008 IPG Photonics Confidential
Vergleich CO2 / Faserlaserschneiden
0 2 4 6 8 10 12 14material thickness [mm]
16
14
12
10
8
6
4
2
0
Stainless Steel
YLR 2000-S 4kW CO2-Laser
cutting gas: Nitrogen
27 5/13/2008 IPG Photonics Confidential27 5/13/2008 IPG Photonics Confidential
Schneidbeispiele
·Stahl·Aluminium·Messing·Kupfer·Titan·Keramik
·etc.
Schneiden von Edelstahl
IPG Photonics Confidential285/13/2008
YLR2000 (Q)CWFokussierung 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 mm8 mm6 mm4 mm
29 5/13/2008 IPG Photonics Confidential29 5/13/2008 IPG Photonics Confidential29 5/13/2008 IPG Photonics Confidential
2D-Schneidanlage: Finsomac (Italien)
2D Schneidsystem mit 1.5 kW Laser
30 5/13/2008 IPG Photonics Confidential30 5/13/2008 IPG Photonics Confidential
ZusammenfassungFaserlaser in allen Leistungsklassen werden heute aufgrundder typischen Eigenschaften in vielen Bereichen derSchweiß- und Schneidtechnik eingesetzt:-Gute Strahlqualität:
- Mikroschweißen, Remote Welding, VerzugsarmesSchweißen
- Hochgesch windigkeitsschneiden, Feinstschneiden
-Hohe Leistung:- Rohrleitungsbau, Schiffbau, Off-Shore Industrie
-Hohe Verfügbarkeit-Geringer Energieverbrauch