Industrielle Anwendung von Hochleistungsfaserlasern

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%


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


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


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


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/...)


• Fügen mit Faserlasern

Mikro Makro/Dickblech



Kontinuierliche Rohrfertigung

YL R-6200Schweißen von Rohren inFülldrahtfertigungWandstärke: t= 2,5 mmSchweißgeschwindigkeit: v= 15m/min

YL R-3000HochgeschwindigkeitsschweißenBlechdicke: 0,6 mmGeschwindigkeit: 35m/min


Verzugsarmes Schweißen vonGetriebekomponenten

CO2-Laser Elektronenstrahl Faserlaser

YLR4000-SBPP 1,8 mm*mrad


Schweißen von Kupferrohren

Längsnaht Umfangsnaht(t= 1,4 mm) (t= 1,4 mm)

Laser YLR5000

Faserdurchmesser dF= 100 µmBrennweitef= 300 mmP= 3 -5 kW


Tailored Blank Welding

Weltweit >15 Faserlaser (4 –6 kW) Quelle: BIAS

in Tailored Blank Linien im Einsatz


Hohe Strahlqualität = Lange Brennweiten

Scanner oder Schweißkopf

LampengepumpterNd:YAG Laser

DiodgepumpterNd:YAG Laser

Disc Laser

Faserlaser



Fiber Laser Scanner Remote Welding

Arbeitsabstand 500mmFaserlaser mit Scanner


Dickblechschweißen mit Faserlasern

-Schiffbau-Pipelinebau-Rohrfertigung- Off-Shore-Industrie

Laser-HybridLaser X70t = 12 mmPL= 10.5 kWv S = 2.2 m/min


Rohrfertigung - Rundnaht


Laser Hybrid Schweissen an HydraulikzylindernP=1 0kW, t=1 2mm, Hochfester Stahl 560N/mm2

vs=2m/m in


Hybrid Schweißen in Paneel Linie

Aker FinyardsTurku, Finnland


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


Welding Speed m/min


Dickblechschweißen YLR20000

Butt joint 2 inches (50.8 mm)Lage-GegenlageEdelstahl 1.4301

Überlappverbindung 2x 15 mmEdelstahl 1.4301

2 inch =50.8 mm


• Schneiden mit Faserlasern


Schneiden mit Singlemode Lasern

Hohe Präzision, hohe Produktivität, geringer Wärmeeintrag


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


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


Schneidbeispiele

·Stahl·Aluminium·Messing·Kupfer·Titan·Keramik

·etc.

Schneiden von Edelstahl


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


2D-Schneidanlage: Finsomac (Italien)

2D Schneidsystem mit 1.5 kW Laser


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

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