Kunnen stikstofgeneratoren indirect de lasersnelsnelheid verbeteren?

De rol van stikstof bij de kwaliteit en efficiëntie van lasersnijden

Wat is het principe van lasersnijden?

Het principe van lasersnijden draait om het gebruik van een hoge intensiteit, coherente laserstraal om verschillende materialen door te snijden. Hieronder volgt een gedetailleerde uitleg:

Een lasergenerator produceert een geconcentreerde lichtbundel, die wordt versterkt om een extreem hoge energiedichtheid te bereiken. Deze straal wordt vervolgens via een reeks spiegels of lenzen geleid om het te focussen in een uiterst klein punt - vaak slechts enkele micrometers in diameter - op het oppervlak van het doormaterial.

Wanneer de gefocusseerde laserstraal het materiaal raakt, wordt zijn intense energie geabsorbeerd, waardoor het materiaal op het contactpunt razendsnel verhit wordt tot zeer hoge temperaturen (vaak boven duizenden graden Celsius). Deze intense hitte veroorzaakt dat het materiaal processen ondergaat zoals smelten, verdampen of zelfs verbranden, afhankelijk van het materiaaltype (bijvoorbeeld metaal, kunststof, hout) en de parameters van de laser (vermogen, golflengte).

Om een schonere snee te verkrijgen, wordt er vaak een gasstraal (zoals zuurstof, stikstof of perslucht) naast de laserstraal gericht. Dit gas vervult meerdere functies: het blaast het gesmolten of verdampte materiaal weg uit het snijgebied, zodat het niet opnieuw aan het werkstuk kan hechten; in sommige gevallen (zoals het snijden van metalen met zuurstof) kan het gas ook reageren met het materiaal om het verbrandingsproces te bevorderen, waardoor de snijefficiëntie toeneemt.

De laserstraal en het werkstuk worden relatief ten opzichte van elkaar verplaatst (ofwel door de straal, het werkstuk of beide te verplaatsen) langs een nauwkeurig pad dat wordt gecontroleerd door computergestuurde numerieke besturingssystemen (CNC). Dit maakt zeer precieze, complexe sneden mogelijk met minimale materiaalverliezen, aangezien de smalle laserstraal zeer kleine snijbreedtes creëert (de breedte van de snede).

Kort samengevat combineert laser snijden de geconcentreerde thermische energie van een laser met precisie in bewegingscontrole om materialen te scheiden via gecontroleerd verwarmen en verwijderen van het doelwitmateriaal.

Hoe stikstgas oxidatie voorkomt tijdens lasersnijden

Het inerte karakter van stikstikgas helpt zuurstof uit het snijgebied te verwijderen, waardoor oxidatie wordt tegengegaan die leidt tot verkleuring en het materiaal structureel verzwakt. Roestvast staal is hierbij bijzonder gevoelig, aangezien dit soort stalen ruwe, gebroken snijkanten vormt wanneer er zuurstof aanwezig is tijdens lasertechnische bewerkingen.

Hulp gas zuiverheid en de impact op snijprecisie en snelheid

Het zuiverheidsniveau van stikstof is erg belangrijk voor het laservermogen. Op basis van het principe van laser snijden, heeft verschillend materiaal verschillende zuiverheid van het hulp gas nodig tijdens het snijproces. Voor roestvrijstaal is stikstof met 99,99% zuiverheid nodig om een glanzend snijoppervlak te garanderen. Voor koolstofstaal en aluminiumlegeringen is stikstof met lagere zuiverheid voldoende, vanwege de eigenschappen van het materiaal. Door de zuiverheid van de stikstof in het hulp gas aan te passen, kunnen dergelijke metalen materialen perfect worden gesneden, met een ideaal snijoppervlak en snelheid. Voor roestvrijstaal maakt het verkrijgen van stikstof met een hoge zuiverheid van ongeveer 99,9% of hoger het verschil. Dit helpt bij het creëren van het stabiele lichtpad dat nodig is voor nauwkeurige snijbreedtes, terwijl het ook het extra nabewerkingswerk na het snijden verminderd. Echter, hulp gas met lagere stikstofzuiverheid helpt het snijproces sneller uit te voeren en levert snijden zonder aanslag bij het snijden van koolstofstaal, verzinkte platen en aluminiumlegeringen.

Waarom hoge druk stikstof essentieel is voor roestvrij staal en aluminium

Voor het snijden van roestvrij staal en aluminium is doorgaans een stikstofdruk van 16 tot 20 bar nodig om al het smeltmateriaal uit het snijgebied te verwijderen. Wanneer de druk onder dit bereik komt, blijft er vaak restmateriaal achter, wat kan leiden tot oververhitting en vervorming van de onderdelen tijdens het afkoelen. De industrie heeft vastgesteld dat bij 5 mm dikke aluminiumplaten het verhogen van de stikstofdruk ervoor zorgt dat de snijkanten tot 40% rechter worden, volgens tests uitgevoerd in productiefaciliteiten. Dit is vooral belangrijk voor onderdelen die worden gebruikt in vliegtuigen en auto's, waarbij zelfs kleine afwijkingen van belang zijn - specificaties vereisen vaak metingen die nauwkeurig zijn tot binnen 0,1 mm of beter.

Ononderbroken stikstoftoevoer waarborgen met op-de-behoefte-generator

Hoe stikstofgeneratoren ter plaatse hoogwaardige gas genereren

Moderne stikstofgeneratoren gebruiken drukverschiladsorptie (PSA) of membraanscheidingstechnologie om stikstof te verkrijgen uit gecomprimeerde lucht, met een zuiverheid tot 99,99% — dit overschrijdt de eisen voor de meeste laserkasstoepassingen. Deze systemen passen de uitvoer automatisch aan op basis van het real-time verbruik, waardoor de optimale gaskwaliteit behouden blijft zonder manuele tussenkomst. Raysoar ontwikkelde verschillende series PSA-stikstofgeneratoren om aan de verschillende kasstoepassingen van klanten te voldoen.

Voorkom uitval door het vervangen van cilinders en leveringsvertragingen

Oudere manieren om stikstof te verkrijgen zorgen gewoon voor hoofdpijn bij de meeste planten. Installaties die vasthouden aan cilindersystemen verliezen ongeveer 12 tot 18 uur per maand aan het vervangen van tanks en het coördineren van leveringen. Stikstofgeneratie ter plaatse elimineert al die onderbrekingen, omdat er praktisch een onbeperkte voorraad beschikbaar is wanneer dat nodig is. Het verschil is vooral belangrijk bij het werken met glanzende metalen zoals aluminium. Iedereen die ooit laser snijden heeft geprobeerd, weet dat onregelmatige gasstroom alles tijdens het proces in de war schopt. Daarom zijn tegenwoordig zoveel bedrijven die precisieonderdelen maken overgestapt op stikstofgeneratoren ter plaatse.

Klantenservice Gevalstudie: €200 Besparing per dag

Een in Noord-Europa gevestigde meubelproducent kocht een stikstofgeneratiesysteem van de BCP-serie van Raysoar.

Lasersnijmachine: 4 kW plat snijden 1 unit / 3 kW buis snijden 1 unit

Snijmateriaal: roestvrij staal / koolstofstaal / aluminiumlegering

Materiaaldikte: 1,5 mm / 3 mm

Cilinder gas kosten inclusief transport: euro350/pakket(8stuks)x 2pakketten/weekx45weken = euro 31500/jaar

Door te investeren in de Raysoar's op locatie stikstofgenerator BCP40, krijgt de klant de ROI binnen 12 maanden.

Vergelijkt met gasflessen, verbruikt de op locatie stikstofgenerator alleen elektriciteit, wat ongeveer euro0,06/kwh kost, euro 15/dag, euro3348/jaar. Bovendien zijn de arbeidskosten voor het vervangen van gasflessen door werknemers voldoende om de onderhoudskosten van stikstofgeneratoren te compenseren, en deze zelfs te overschrijden.

Hoe procescontinuïteit de effectieve lasersnelsnelheid verhoogt

Stabiele gasdruk en -stroom voor consistente snijprestaties

Stikstofgeneratoren zorgen ervoor dat de gasdruk stabiel blijft binnen ongeveer 2% tijdens lasersnijwerkzaamheden, waardoor die vervelende drukverschillen verdwijnen die leiden tot slechte sneden of rommelige slakkenopbouw. Dankzij dit soort constante druk kunnen operators op maximale snijsnelheid werken zonder voortdurend handmatig aanpassingen te hoeven doen. Dit is met name belangrijk voor materialen zoals roestvrij staal en aluminium, waarbij zelfs kleine veranderingen in gasstroom een groot verschil kunnen maken. Volgens recente gegevens uit het Fabrication Efficiency Report van vorig jaar kan de spleetbreedte met tot 15% toenemen wanneer de gasdruk niet stabiel is. Het in stand houden van nauwkeurige controle over de stikstoflevering is dus niet alleen handig, maar essentieel voor kwalitatief goed werk.

Minder onderbrekingen verhogen de algehele machinebenutting

Lasersystemen die gebruikmaken van op locatie geproduceerde stikstof behalen 92% operationele uptime vergeleken met 76% bij systemen op basis van gasflessen. Deze kloof van 16% ontstaat doordat gaswisselingen en wachttijden voor leveringen worden geëlimineerd – factoren die anders 6 tot 8 dagelijkse werkstoppen in hoge-volume werkplaatsen veroorzaken.

Hogere snijdkwaliteit minimaliseert nascholing en secundaire bewerkingen

Continue stikstofzuiverheid boven 99,95% reduceert oxidatie-gerelateerde defecten met 40%, volgens een 12-maandenstudie uitgevoerd in 47 metaalbewerkingsbedrijven. Dit betekent een directe reductie van 29% in schuur- en polijstwerkzaamheden – bewerkingen die anders de schijnbare snelheidsvoordelen van onstabiele gasvoorzieningen tenietdoen.

Stikstofgeneratoren versus traditionele gasvoorziening: Kosten, betrouwbaarheid en schaalbaarheid

Vergelijking van op locatie generatie met vloeibare stikstof en flessen

Het overschakelen naar stikstofgeneratoren kan de lopende kosten voor lasersnijbedrijven echt sterk verminderen, omdat er geen gas meer gekocht en opgeslagen hoeft te worden. Traditionele opstellingen met vloeibare stikstoftanks en cilinders betekenen constante bijvulling, die meestal tussen de $1,50 en $4 kost voor elke 100 kubieke voet gebruikt. Maar wanneer bedrijven hun eigen opstelling voor lokale productie installeren, zien ze meestal dat de productiekosten dalen tot onder de 30 cent per 100 kubieke voet zodra de initiële investering, die meestal binnen 9 tot 24 maanden is terugverdiend, is terugverdiend. Buiten het geld besparen, voorkomen deze systemen ook de zorgen over het opraken van cilinders op cruciale momenten. Volgens brancheverslagen eindigen veel fabrikanten die nog steeds afhankelijk zijn van externe leveranciers met ongeveer 12 tot 18 uur verlies per jaar, simpelweg doordat ze op leveringen moeten wachten. Voor bedrijven die proberen concurrentieel te blijven, maakt het vermijden van dit soort ongeplande stilstand alle verschil wanneer het gaat om het nakomen van deadlines en het tevreden houden van klanten.

Milieu- en operationele voordelen van een eigen stikstofvoorziening

Het opwekken van stikstof ter plaatse kan de CO2-voetafdruk met ongeveer 30 procent verlagen, omdat het transport van gasflessen of de regeling van vloeibare stikstofleveringen binnen de stad ontbreekt. Ook de veiligheid op de werkvloer verbetert, volgens verschillende recente studies waarin werd aangetoond dat werkvloeren ongeveer 65% minder ongevallen door gasmanipulatie ondervonden zodra zij overstapten op generator-systemen. Het gehalte blijft het grootste deel van de tijd boven de 99,95%, wat betekent dat materialen tijdens de verwerking minder snel oxideren. Dit is vooral belangrijk in de luchtvaartindustrie, waar zelfs de kleinste onzuiverheden componenten kunnen verpesten, en eveneens belangrijk voor de productie van medische apparatuur die absolute precisie vereist bij de vervaardiging.

Schaalbaarheid voor groeiende las- en vervaardigingsbehoeften

Modulaire stikstofgeneratoren kunnen behoorlijk goed omgaan met veranderende productiebehoeften, waardoor bedrijven hun output kunnen verhogen van ongeveer 40 tot zelfs 200 procent zonder dat bestaande apparatuur vervangen hoeft te worden. Deze mate van flexibiliteit is echt van groot belang voor grootschalige productiebedrijven die 24/7 draaien, zoals metalenbewerkingsbedrijven die een constante voorraad nodig hebben. Traditionele gassystemen kunnen simpelweg niet blijven bijhouden wanneer de stroomsnelheden ongeveer boven de 50 kubieke meter per uur uitkomen. Het uitbreidbare ontwerp betekent dat deze units indien nodig kunnen worden aangesloten op extra lasersnijmachines, wat de infrastructuurkosten flink verlaagt vergeleken met de kosten die zouden ontstaan bij het installeren of upgraden van vloeibare stikstofopslagtanks op een later tijdstip.

Langetermijnproductiewinsten en adoptietrends in de industrie

Duurzame efficiëntie tijdens wisseldiensten en hoogvolume productiebedrijven

Lasersnijwinkels blijven langer productief wanneer ze stikstofgeneratoren gebruiken in plaats van traditionele cilinders. De continue gasstroom betekent dat machines minder vaak hoeven te stoppen, vooral belangrijk voor fabrieken die 24/7 draaien. Winkels die zijn overgestapt, melden ongeveer 12 procent minder drukvariatie tijdens hun diensten, wat een groot verschil maakt voor het behouden van een goede snijdkwaliteit, of het nu dag één of nacht drie is. Wat echt telt, is de tijd die verloren gaat aan het wachten op gaswissels. Met generatoren is er geen onderbreking van de productie elke paar uur nodig voor die vervelende cilinderwissels, die meestal tussen twintig en veertig minuten in beslag nemen. Voor fabrikanten die te maken hebben met grote volumes roestvrijstalen en aluminium onderdelen, vertaalt dit soort betrouwbaarheid zich direct in kostenbesparing.

Stijgende toepassing van stikstofgeneratoren in precisieproductie

Het nieuwste Industrial Laser Applications Report voor 2024 toont iets interessants: het gebruik van stikstofgeneratoren is met 22% gestegen ten opzichte van het voorgaande jaar binnen de luchtvaart- en medische apparatuurindustrie. Waarom gebeurt dit? Kort gezegd, omdat onderdelen die met lasers worden gemaakt tegenwoordig extreem precies moeten zijn. De meeste precisiefabrikanten (we spreken hier over 94% van hen) accepteren gewoon niets minder dan 99,95% zuiver gas meer. Ook de auto-industrie heeft baat gehad bij al deze ontwikkelingen. Neem als voorbeeld een grote Tier-1-leverancier die overstapte op het zelf genereren van stikstof op locatie. De resultaten waren eigenlijk indrukwekkend - zij behaalden tot 98% eerste-keer-goed-productie bij het snijden van die delicate BEV-batterijcomponenten. Als je erover nadenkt, is dat logisch.

Veelgestelde vragen

Waarom wordt stikstof gebruikt bij lasersnijden?

Stikstof wordt gebruikt in laser snijden om oxidatie te voorkomen, wat materialen kan verzwakken en de kwaliteit van het oppervlak beïnvloeden. Het gebruik van stikstof helpt om de materiaalsterkte te behouden en fijnere sneden te realiseren.

Wat is het belang van stikstof zuiverheid bij het lasersnijden?

De zuiverheid van stikstof is van groot belang, omdat dit de precisie en snelheid van het lasersnijden beïnvloedt. Hoge zuiverheid (rond de 99,9%) zorgt voor betere snijsnelheden en nauwkeurigheid door verminderde slakvorming en energieverspreiding.

Wat is het effect van hoogdruk-stikstof op het lasersnijden?

Hoogdruk-stikstof (16 tot 20 bar) is essentieel voor het effectief verwijderen van gesmolten materiaal, en zorgt voor schone sneden zonder residu dat warmteopbouw of vervorming kan veroorzaken.

Wat zijn de voordelen van stikstofopwekking ter plaatse?

Stikstofopwekking ter plaatse biedt een continue voorraad, vermindert bedrijfsstoringen door het vervangen van cilinders, verlaagt de kosten en verbetert de veiligheid op de werkvloer door ongelukken met gas te voorkomen.