Új lehetőség az ipar és a tudomány együttműködésében
Napjainkban már számos iparág kis- és középvállalkozásánál a technológia szerves részét képezik az ipari lézerek, legyen szó a különleges minőségi követelményeket támasztó egészségiparról vagy a fémipar volumengyártóiról. Az ipari lézerek széles körű alkalmazásáról beszélt lapunknak dr. Vida Ádám fizikus, a Bay Zoltán Alkalmazott Kutatási Közhasznú Nonprofit Kft. osztályvezetője.

 

Ma már senki nem lepődik meg azon, ha egy kisvállalkozás gyártócsarnokában a legkorszerűbb lézervágó berendezés dolgozik, vagy éppen egy mérnökirodában járva a lézernyomtató jól ismert hangja szól az egyik sarokból. Ami közös bennük, hogy működésük elméleti alapját több mint száz éve, 1917-ben Albert Einstein fektette le. Azonban, mint oly sok felfedezés, így a lézersugárzás esetében is, a korabeli technika nem tudott mit kezdeni az addig ismeretlen teóriával. Szerencsére a lézer fizikai elvének leírását követő több mint száz esztendő sem múlt el eredmények nélkül.

A fizika aranykorának is nevezett időszakban egymást követték azok a felfedezések és mérnöki fejlesztések, amelyek révén kordában tartható és hosszú távon vezethetővé vált a lézernyaláb. A napjainkban elterjedt ipari lézerfényeket sokféleképpen lehet előállítani. Az egyik legfontosabb különbség, hogy mi az aktív közeg, ami képes létrehozni ezt a fizikai effektust. Leggyakrabban gázlézereket és szilárdtest- vagy diódalézereket alkalmazunk. E lézerek a fizikai elven túl az előállított fény hullámhosszában különböznek elsősorban, mely szoros összefüggésben van a kijövő fény energiájával.

 

Milyen üzleti és technológiai igények tették lehetővé a lézerek elterjedését az iparban?

Egy ipari felhasználónak nem kell pontosan ismerni a lézersugárzás fizikáját ahhoz, hogy a technológiát hatékonyan alkalmazhassa. Lényegében, megfelelő karbantartás mellett a mai korszerű lézerberendezések az üzembe helyezést követő öt-hat évben minden gond nélkül működnek, akár egy gépjármű. A megbízhatóság fenntartása érdekében természetesen szükség van a gyártók által előírt, meghatározott időben elvégzett nagyobb karbantartásokra is, de a lézergépgyártók is igyekeznek olyan eszközöket fejleszteni, amelyek figyelembe veszik a felhasználók elvárásait: azaz egy lézer legyen egyszerűen kezelhető, megfelelő precizitást tegyen lehetővé, és lehetőleg ne nagyon alakítsa át az alapanyagot a megmunkálás – vágás vagy hegesztés – során.

 

Dr. Vida Ádám, Bay Zoltán Alkalmazott Kutatási Közhasznú Nonprofit Kft.

 

Emellett egyre gyakrabban jelennek meg a gépeken különböző kiegészítő eszközök, amelyek a vágási és megmunkálási folyamatok elvégzéséhez nyújtanak segítséget. Ugyancsak a technológiai igényekhez sorolhatjuk a célzott felületi edzést is – ez fontos lehet például fogaskerekeknél, vágóéleknél stb. –, ami lézerrel nagyon jól létrehozható. Ebben az esetben lényeges az, hogy maga az alapanyag szívós maradjon, de kell egy kopásálló kemény réteg a tetejére lehetőleg úgy, hogy megfelelő kapcsolat jöjjön létre a kemény réteg és az alapanyag között.

 

Melyek a legelterjedtebb ipari lézerek, és mire alkalmasak?

Az iparban a legkülönfélébb, akár speciális, kis darabszámú forrásokat is használnak, de saját példánkról beszámolva, leggyakrabban a szilárdtest- és a gázlézert használják a nagyszériás gyártásban. A kettő között meghatározó különbségek vannak: hullámhossz, sugárvezetés módja, fény-anyag kölcsönhatás módja stb. A lézer egyik nagyon fontos alapelve, hogy összetartó, koherens fénysugár hagyja el a lézerberendezést. Ezt a fénysugarat vezetni kell egészen a megmunkálandó alkatrészig. A gázlézerből kijövő fénysugarat tükrökkel tudjuk vezetni, míg a szilárdtest-lézerből kilépő sugarat optikai szállal is lehet vezetni. Mindkettőnek van előnye és hátránya. Az optikai szállal könnyű dolgozni, csatlakoztatni kell a lézer forrását egy vágó- vagy hegesztőfejbe, és aztán az, hogy menet közben hogyan áll, „gyakorlatilag” mindegy. Ha jó minőségű az optikai szál, a lehetőségek száma nagy.

Ugyancsak elterjedt a gázlézer (főleg a CO2-lézer) használata. Ebben az esetben fixen telepített eszközt használunk, és precíziós lézertükrökkel kell az optikai utat kiépíteni. Hátránya, hogy az egyszeri beüzemelés után nincs lehetőség az eszköz könnyű mozgatására. Mindkét lézer alkalmas anyagok vágására attól függően, hogy milyen színű fényt használunk, vagyis milyen a lézer hullámhossza. Nagyon fontos tudni, hogy a lézerrel történő vágás esetén a lézerforrásból kijövő fény kölcsönhatásba lép az anyaggal, gerjeszteni fogja azt, felhevíti olvadáspontig, és így tudunk hegeszteni, vágni vagy egyéb műveletet végezni. Tehát attól függően, hogy milyen típusú lézert használunk, más az anyag és a fény kölcsönhatása. Ez megszabja azt, hogy milyen típusú és vastagságú anyagokat lehet vele megmunkálni, vágni, illetve mekkora réteget lehet átedzeni.

 

Mennyire tekinthető kiforrott technológiának a lézerek ipari alkalmazása?

Az innovációk jelentős részét a lézergépgyártók végzik, akik komoly alapkutatásból táplálkoznak. Nagy energiákat fektetnek abba, hogy a még mindig tekintélyes méretű gépeket kisebb készülékekkel tudják felváltani, ezért a fejlesztések egyik fókusza a méretcsökkentésre irányul. Ugyancsak érdekes kihívás, hogy a lézersugár létrehozása a lehető legkisebb helyre legyen koncentrálva, ami még fizikailag megengedett, emellett a karbantartás és a nagyon fontos hűtés a legkevesebb energia felhasználásával megoldható legyen. A gépgyártókkal összehasonlítva a kutatás-fejlesztéssel foglalkozó cégek helyzete jóval összetettebb.

 

 

Magyarországon is számos kis és közepes vállalat rendelkezik már lézerforrásokkal, de kevés az olyan vállalkozás, amelyik pontosan tudja, hogy „mi jön ki” a gépéből, és még kevesebb az olyan felkészültségű cég, amelyik előzetes tapasztalatok nélkül, azonnal bele tud vágni egy teljesen új anyagtípus megmunkálásába. Ezek olyan feladatok, amelyek megoldása kifejezetten kutatás-fejlesztéssel foglalkozó cégekre vár. Tapasztalatunk szerint a kis- és középvállalkozások számára sokszor áthidalhatatlan problémát jelent egy új anyagcsalád, új gyártási mód bevezetése a megszokott mellé. Jó esetben még azelőtt megkeresnek bennünket, hogy belevágnának, így már a munka elejétől közösen dolgozhatunk. Rosszabb esetben a több ízben tapasztalható kudarcélmény és a rengeteg selejtes darab, elhasznált emberóra után, a lelkesedés elveszítése előtti utolsó pillanatban keresnek meg. Mi pontosan azért létezünk, hogy ezekben a problémákban segítséget nyújtsunk, és értékes energiákat, pénzt takarítsunk meg, javítsuk a vállalkozások versenyhelyzetét.

 

Melyek a legérdekesebb kutatás-fejlesztési irányok, amelyek új alkalmazási lehetőséget jelenthetnek az ipari lézerek esetében?

Az elmúlt évek tapasztalata alapján az egyik izgalmas terület a 3D nyomtatás lesz, a másik pedig a precíziós megmunkálás. Például még öt évvel ezelőtt sem volt elterjedt, hogy fröccsöntő szerszám felületi sérülését megpróbálják lézerrel kijavítani, holott egy új fröccsöntő szerszám vásárlása nem olcsó mulatság, olykor több millió forint is lehet. A fontos trendek közé sorolható az elmúlt évek tapasztalata alapján, hogy megnőtt a létjogosultságuk azoknak a lézereknek is, amelyek egymás után nagyon gyorsan tudnak lézerimpulzusokat kibocsátani. Ezek az impulzusok akkora energiával bírnak, hogy az anyag teljesen más típusú kölcsönhatást él át ezzel a fénnyel, mint „normál” lézerfény esetén, így az anyag a szilárd halmazállapotból nem a megszokott olvadék állapotba jut, hanem a nagy bevitt energia miatt egyből a gőzfázisba jutunk, tehát szublimálni tudjuk az anyagot. Ez azért nagyon jó, mert úgy tudunk anyagot eltávolítani felületekről, hogy közben nem hőkezeljük az alatta lévő alapanyagot. Ez a mikromegmunkálásban és más nagyon finom felületi struktúrák létrehozásában ad nagyon nagy szabadságot.

 

A lézertechnikával kapcsolatos hazai kutatás-fejlesztés meghatározó szereplője a Bay Zoltán Kutatóintézet. Az új technológiák megjelenése milyen kutatási projektek elindításához adott ötletet, és ezekből mikor és hogyan profitálhatnak az ipari gyártók?

Két éve még azt mondtam volna, hogy elsősorban a segítségkérés a legtöbb megkeresés alapja, most viszont mintha megrázta volna magát a hazai ipar, és igyekszik lépést tartani a világgal. Egyre több az olyan feladat, amit egy-egy ipari partnerünk hoz, és nem mi keressük meg őket, hogy van itt egy új technológia, amit érdemes lenne kipróbálni. Sok esetben már a cégek jönnek azzal, hogy láttak vagy olvastak valamilyen új megoldásról, és van egy termékük, amit szeretnének továbbfejleszteni. Ekkor többnyire az a menetrend, hogy elmondják, milyen gépparkkal rendelkeznek, és próbáljunk meg abból kihozni kicsit többet, mint a jelenlegi teljesítmény. Az együttműködés során azonnal tájékoztatjuk a partnereket már a részeredményekről is, és együtt döntünk a további fejlesztési irányról.

Ilyen például az a projekt, amiben egy szemétszállítással foglalkozó cég bevált alkatrészeket használ hosszú évek óta annak érdekében, hogy a szerelvények mechanikai stabilitása biztosított legyen. Az a cél, hogy ezek a szerelvények könnyebbek legyenek, így lehetőség nyílik üzemanyag megtakarítására és kevesebb energia felhasználására változatlan működés mellett. A tömegcsökkentésnek persze ára van, hiszen meg kell találni azt az optimumot, amikor anyagmódosítással tömegcsökkentés érhető el. Ennek a tömegcsökkentett anyagnak kell egy olyan felületi módosítását elérni, hogy képes legyen a régivel megegyező teljesítményre. Vagyis az új tömegcsökkentett alkatrésznek a mechanikai strapabírását mégiscsak bele kell csempésznünk egy felületi edzés és élettartam-vizsgálattal alátámasztott megbízhatósági ráta mellett.

A másik munkánk egy olyan fejlesztésről szól, ahol eddig nem lézerrel, hanem sokkal drágább technológiával dolgoztak. Ennek lényege, hogy a termék felületére nagyon finom struktúrákat kell lerakni ahhoz, hogy egy bizonyos elemkimutatási procedúrában használni lehessen mint mintadarabot. Ezt létre lehet hozni széles körben elterjedt gépekkel, de nagyon körülményes, drága, nagy hőfok kell hozzá. Mi megpróbáljuk megoldani a feladatot azzal a femtoszekundum lézerrel, amelyet az intézetben más feladatok során is használunk. Összességében most azt látjuk, hogy egyre több közös munkát generálnak az ipari partnerek, és ez jó.

Megbízható megfogás levegő nélkül
A Festo standard EHPS megfogója a standard pneumatikus DHPS megfogó elektromos változata. Az EHPS a legtöbb olyan helyen alkalmazható, ahol a pneumatika használata nem engedélyezett.
Adatok megbízható továbbítása a gyártásban
A Profinet az ipari automatizálás terén világszinten az első számú Ethernet-alapú kommunikációs megoldás.
Az e-mailek védelme nem ér véget egy erős jelszóval
A modern üzleti kommunikáció alapját képező elektronikus levelezés továbbra is a rosszindulatú programok terjesztésének egyik leghatékonyabb és legelterjedtebb csatornája.
Virtuális gumiabroncs-fejlesztés eredménye a Lamborghini Hurricán STO kiemelkedő teljesítménye
A Lamborghini a Bridgestone-t bízta meg a 2021-ben piacra kerülő Huracán STO szuperautója egyedi abroncsainak fejlesztésével.
Manufacture IT 2020: mehet-e a gyártás online?
Idén virtuális formában jelentkezik a Manufacture IT konferencia, amely a hazai gyártóipar digitalizációjának segítését tűzte ki célul.