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लेजर मार्कर्स के संचालन की गति और उनकी ऊर्जा आवश्यकताओं के बीच संबंध बिल्कुल भी सीधा नहीं है। जब ये मशीनें पहली बार चलना शुरू करती हैं, तो अक्सर 2023 में लेजर सिस्टम्स उद्योग से आई हालिया रिपोर्ट्स के अनुसार लगभग 2.5 किलोवाट ऊर्जा लेती हैं। लेकिन एक बार जब मशीन स्थिर हो जाती है और लगभग 800 मिलीमीटर प्रति सेकंड की गति से लगातार चलने लगती है, तो आमतौर पर केवल 1.2 किलोवाट की खपत होती है, जो पुरानी उत्कीर्णन तकनीकों की तुलना में वास्तव में लगभग एक चौथाई कम है। यदि ऑपरेटरों को वास्तव में गहरे उत्कीर्णन के लिए 300 मिमी/सेकंड तक गति धीमी करने की आवश्यकता होती है, तो ऊर्जा की खपत में लगभग 40% की वृद्धि हो जाती है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि लेजर सामग्री की सतह पर अधिक समय तक सक्रिय रहता है। सौभाग्य से, नई उपकरणों में कुछ ऐसी तकनीक लगी होती है जिसे अनुकूली शक्ति स्केलिंग तकनीक कहा जाता है। मूल रूप से, नियंत्रण प्रणाली उस गति की स्थिति के आधार पर लेजर में जाने वाली शक्ति की मात्रा को समायोजित कर देती है, जिससे उत्पादन के दौरान परिस्थितियों में परिवर्तन होने के बावजूद भी समग्र ऊर्जा उपयोग को कुशलतापूर्वक बनाए रखने में मदद मिलती है।
नवीनतम फाइबर लेजर सिस्टम अपनी दृष्टि प्रणाली के माध्यम से मशीन द्वारा देखी गई स्थिति के आधार पर उड़ान भरते समय अपनी गति को समायोजित करते हैं। इसका मतलब है कि जब वे कुछ भी मार्क नहीं कर रहे होते हैं, तो वे ऊर्जा की बर्बादी नहीं करते हैं, जिससे निष्क्रिय अवधि के दौरान ऊर्जा के उपयोग में लगभग एक चौथाई की कमी आती है, जैसा कि 2024 के हालिया अध्ययनों में बताया गया है। बर्स्ट मोड नामक एक और भी चतुर विशेषता है, जो मार्किंग के दौरान 10,000 हर्ट्ज पर अत्यधिक तेज़ पल्स और प्रतीक्षा के दौरान केवल 200 हर्ट्ज पर बहुत धीमे पल्स के बीच आगे-पीछे स्विच करती है। सिस्टम तैयार रहता है लेकिन अब निष्क्रिय अवस्था में बिजली की बर्बादी नहीं करता है, जिससे बिजली की खपत पहले की तुलना में केवल 300 वाट तक कम हो जाती है।
एक प्रमुख ऑटोमोटिव आपूर्तिकर्ता ने वाल्व स्प्रिंग मार्किंग के लिए CO₂ लेजर सेटिंग्स में सुधार करके ISO/TS 16949 गुणवत्ता मानकों को बनाए रखते हुए काफी ऊर्जा बचत प्राप्त की:
| पैरामीटर | मूल | विकसित |
|---|---|---|
| गति | 650 मिमी/सेकण्ड | 900 मिमी/सेकण्ड |
| पल्स आवृत्ति | 20 किलोहर्ट्ज़ | 15 किलोहर्ट्ज़ |
| कार्य चक्र | 85% | 72% |
इस समायोजन से वार्षिक ऊर्जा खपत 58 MWh से घटकर 34.8 MWh हो गई। 15 महीने के ROI ने छह पुरानी प्रणालियों को अनुकूलित आवृत्ति मॉड्यूलेटर के साथ अपग्रेड करने का औचित्य सिद्ध किया।
UV लेजर का उपयोग करने वाले चिकित्सा उपकरण निर्माता परिवर्तनशील गति प्रोफाइल लागू करके प्रति इकाई ऊर्जा लागत में 18% की कमी प्राप्त करते हैं:
इसके विपरीत, इलेक्ट्रॉनिक्स क्षेत्र ने स्पीड प्रीसेट्स को थर्मल लोड सेंसर के साथ जोड़कर 31% अधिक ऊर्जा दक्षता की सूचना दी है। यह पीसीबी मार्किंग के दौरान अत्यधिक गर्म होने से बचाव करता है और 1,200 बोर्ड/घंटा की दर बनाए रखता है (2023 सेमीकंडक्टर विनिर्माण रिपोर्ट)।
लेजर मार्किंग तकनीकें ऊर्जा दक्षता में काफी भिन्न होती हैं। CO2 लेजर सबसे कम दक्ष हैं, जिनमें 7–15 kW ऊर्जा की खपत होती है और केवल 10–20% इनपुट ऊर्जा को उपयोग योग्य आउटपुट में परिवर्तित किया जाता है (हीटसिग्न 2023)। फाइबर लेजर अन्य लेजरों से बेहतर प्रदर्शन करते हैं, 2–4 kW पर 40–50% परिवर्तन दक्षता प्राप्त करते हैं। UV लेजर, यद्यपि सटीकता के लिए आवश्यक हैं, लेकिन कमजोर अनुप्रयोगों जैसे चिकित्सा उपकरण मार्किंग के लिए फाइबर प्रणालियों की तुलना में 15–30% अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है।
| मापन | CO2 लेज़र | फाइबर लेज़र | UV लेज़र |
|-----------------------|-----------------|-----------------|------------------|
| औसत पावर ड्रॉ | 7-15 किलोवाट | 2-4 किलोवाट | 3-5 किलोवाट |
| ऊर्जा परिवर्तन | 10-20% | 40-50% | 25-35% |
| शीतलन आवश्यकताएँ | सक्रिय (उच्च) | निष्क्रिय | सक्रिय (मध्यम) |
ऊर्जा दक्षता में फाइबर लेज़र की तीन प्रमुख विशेषताओं के कारण अग्रणी हैं:
फाइबर लेजर दक्षता अध्ययनों के अनुसार, निरंतर उत्पादन में इन प्रणालियों से CO2 लेज़र की तुलना में 40% कम संचालन लागत आती है। उनके द्वारा सीधे डायोड पंपिंग किए जाने से गैस की पूर्ति की आवश्यकता समाप्त हो जाती है, जिससे बैच प्रवाह कार्यप्रणाली में 60–70% तक निष्क्रिय ऊर्जा अपव्यय कम हो जाता है।
ऊष्मा-संवेदनशील पॉलिमर और अर्धचालकों को चिह्नित करते समय फाइबर लेज़र की तुलना में यूवी लेज़र (355 एनएम) 18–22% अधिक शक्ति का उपभोग करते हैं। यह आवृत्ति-तिगुनीकरण प्रक्रियाओं में ऊर्जा के उच्च उपभोग और ऑप्टिकल घटकों के लिए सक्रिय शीतलन आवश्यकताओं के कारण होता है। यद्यपि माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स में इनके महत्व के कारण (लक्षण <15 माइक्रोन), औद्योगिक बेंचमार्क में यूवी प्रणालियों में औसतन 35% कम ऊर्जा दक्षता होती है (2024 लेज़र मैटेरियल प्रोसेसिंग रिपोर्ट)।
मार्किंग की गति बढ़ाने से अक्सर ऊर्जा खपत में 15–35% की वृद्धि होती है (मटेरियल प्रोसेसिंग जर्नल 2023)। CO2 लेजर के लिए, 80% गति पर संचालन करने से दैनिक उत्पादकता में 12% की कमी आती है लेकिन लगातार संचालन में 22 किलोवाट-घंटे तक बिजली की मांग कम हो जाती है। ऊर्जा-गति संबंध प्रौद्योगिकियों के आधार पर अलग-अलग होता है:
| लेजर प्रकार | गति में वृद्धि | ऊर्जा प्रभाव |
|---|---|---|
| फाइबर | +25% | +18% |
| CO₂ | +20% | +30% |
| UV | +15% | +24% |
आधुनिक नियंत्रक वास्तविक समय में प्रतिक्रिया प्राप्त करके सामग्री की कठोरता का पता लगाते हैं और स्टील की तुलना में एल्यूमीनियम पर मार्किंग करते समय स्वचालित रूप से गति में 40–60% की कमी कर देते हैं। यह ऊर्जा-गहन अत्यधिक मार्किंग से बचाता है, जो अक्षमता का एक प्रमुख स्रोत है, क्योंकि पहले निश्चित-गति सेटिंग्स मिश्रित-सामग्री लाइनों पर औद्योगिक ऊर्जा अक्षमता का 30% तक खाता था।
हालांकि यह अजीब लग सकता है, कुछ ऑटोमोटिव सुविधाएं वास्तव में अपने UV सिस्टम को अधिकतम गति पर चलाने पर 85% क्षमता के आसपास काम कर रहे संयंत्रों की तुलना में 18 प्रतिशत अधिक ऊर्जा का उपयोग करती हैं। क्यों? क्योंकि इन उच्च गति वाले संचालन को लगातार तापमान समायोजन की आवश्यकता होती है और इन्हें उन चरम स्तरों पर सटीकता बनाए रखने के लिए ऊर्जा के उतार-चढ़ाव का भी सामना करना पड़ता है। पिछले वर्ष के वास्तविक उद्योग डेटा को देखने से यह भी एक दिलचस्प बात पता चलती है। जब विमानन घटकों को चिह्नित करने के लिए एक प्रमुख निर्माता ने अधिकतम गति के बजाय वापस "आदर्श" गति पर स्विच किया, तो उन्हें प्रति वर्ष लगभग 740 मिलियन वाट घंटे की बचत हुई। इस तरह की दक्षता समय के साथ वास्तविक अंतर बनाती है।
न्यूरल नेटवर्क अब लेज़र सक्रियण से 0.8 सेकंड पहले ऊर्जा पैटर्न की भविष्यवाणी करते हैं, और गति संक्रमण के दौरान दक्षता को 5% के भीतर बनाए रखने के लिए पल्स आवृत्ति और बीम फोकस को समायोजित करते हैं। पहले के उपयोगकर्ताओं की रिपोर्ट के अनुसार बैच प्रसंस्करण के दौरान पारंपरिक पीएलसी की तुलना में 27% कम ऊर्जा स्पाइक्स होते हैं।
पल्सड लेज़र संचालन में स्विच करने से ऊर्जा के उपयोग में 22 से 35 प्रतिशत तक कमी आती है, जैसा कि लेज़र टेक जर्नल में पिछले साल प्रकाशित शोध में दर्शाया गया है, जब उन स्टॉप-स्टार्ट चक्रों में लेज़रों को लगातार चलाने के साथ तुलना की जाती है। यहाँ मुख्य विचार बहुत सरल है – केवल तभी लेज़र शक्ति चालू करें जब कुछ अंकित करने की आवश्यकता होती है, बजाय इसके कि पूरे दिन बिजली खींचते रहने दें। 2024 के कुछ नवीनतम निष्कर्षों में दिखाया गया है कि विमानों के लिए भाग बनाने वाली कंपनियों ने टाइटेनियम भागों पर सीरियल नंबर अंकित करने के लिए इन पल्सड सेटिंग्स का उपयोग शुरू करने के बाद अपने वार्षिक ऊर्जा बिल में लगभग 28% की बचत की। यह तर्कसंगत लगता है क्योंकि टाइटेनियम की प्रक्रमण के लिए अत्यधिक कठिन परिस्थितियों की आवश्यकता होती है।
पल्स अंतराल के दौरान अप्रयुक्त ऊर्जा का लगभग 18% भाग पुन: प्राप्त किया जा सकता है। उच्च गति वाले फाइबर लेज़र सिस्टम में, इस ऊर्जा को कूलिंग यूनिट या पोजीशनिंग मोटर्स जैसी सहायक प्रणालियों में पुनर्निर्देशित किया जाता है। फ़ील्ड परीक्षणों से पता चलता है कि ये सर्किट ऑटोमोटिव ऑपरेशन में प्रतिदिन 9.7 किलोवाट-घंटा की बचत करते हैं, जो 24/7 संचालन में गति या गुणवत्ता के बिना कमियों के होती है।
आज के लेज़र सिस्टम बैच चलाते समय अपनी गति को समायोजित करके ऊर्जा बिलों पर 15 से लेकर 30 प्रतिशत तक बचत कर सकते हैं। यह बचत एक ऐसी तकनीक के कारण संभव है जिसे पल्स फ्रीक्वेंसी मॉडुलेशन कहा जाता है, जो कुछ हालिया शोध (पोनेमैन संस्थान, 2023) के अनुसार लगभग 22% तक बिजली की बर्बादी को कम कर देती है। जब ये लेज़र तेज़ एनग्रेविंग मोड और उनकी सुस्त स्टैंडबाई स्थिति के बीच बार-बार स्विच करते हैं, तो वे अब अनावश्यक रूप से बिजली खींचने में समय नहीं बर्बाद करते। एक वास्तविक उदाहरण एक चिप निर्माता का है, जिसने स्मार्ट गति नियंत्रण प्रणाली स्थापित करने के बाद अपने वार्षिक बिजली खर्च में लगभग 18,000 डॉलर की कटौती की। ये नए नियम मूल रूप से यह सुनिश्चित करते हैं कि लेज़र केवल आवश्यकता पड़ने पर ही सक्रिय हों, और उत्पादन लाइन की गति के साथ उनकी गतिविधि सही से मेल खाए।
| मीट्रिक | UV लेज़र सिस्टम A | UV लेज़र सिस्टम B |
|---|---|---|
| ऊर्जा लागत/माह | $1,240 | $980 |
| चिह्नित करने की गति | 120 इकाई/मिनट | 90 इकाई/मिनट |
| वार्षिक शुद्ध बचत | -$2,880* | +$5,210 |
*18% थ्रूपुट नुकसान के कारण नकारात्मक बचत, 21% ऊर्जा कमी से अधिक है
इससे पता चलता है कि क्यों 73% कारखाने गति में कमी को 20% से कम तक सीमित रखते हैं–उत्पादकता और सार्थक ऊर्जा बचत के बीच संतुलन बनाए रखते हुए।
लगभग 58 प्रतिशत आपूर्तिकर्ताओं का दावा है कि उनकी मशीनों में इन तथाकथित ईको-मोड विशेषताओं हैं, लेकिन स्वतंत्र परीक्षण अलग कुछ दिखाते हैं। वास्तव में 41% मशीन शुरू होते ही इन मोड को बंद कर देते हैं क्योंकि वे अधिकतम उत्पादन चाहते हैं। स्पष्टतः यहाँ तेजी से काम पूरा करने और पर्यावरण के अनुकूल रहने के बीच एक संघर्ष है। हालांकि, यमाजाकी मज़क का उदाहरण लें। उन्होंने कुछ बुद्धिमान तकनीक विकसित की है, जहां उनके फाइबर लेज़र अपनी शक्ति की खपत को किसी भी क्षण आवश्यकता के अनुसार समायोजित कर लेते हैं। परिणाम? मशीनें लगभग 19% ऊर्जा बचाती हैं और फिर भी पहले की तुलना में लगभग 4% तेज़ी से चक्र पूरा करने में सक्षम हैं। इसलिए यह साबित होता है कि हरित रहने का अर्थ आवश्यक रूप से गति का त्याग नहीं है।
गति ऊर्जा खपत को प्रभावित करती है क्योंकि उच्च गति दक्षता में वृद्धि कर सकती है, लेकिन गहरा उभरा हुआ चिन्ह बनाने जैसे विशिष्ट कार्यों के लिए गति को कम करने से ऊर्जा का अधिक उपयोग हो सकता है क्योंकि लेज़र अधिक समय तक सक्रिय रहता है।
अनुकूलनीय शक्ति स्केलिंग, गतिशील गति मॉडुलन और बर्स्ट मोड जैसी तकनीकें वास्तविक समय की आवश्यकताओं के आधार पर शक्ति और गति को समायोजित करके ऊर्जा उपयोग को अनुकूलित कर सकती हैं।
फाइबर लेज़र्स में बेहतर ऊर्जा परिवर्तन दक्षता (40-50%) होती है क्योंकि उनकी ठोस-अवस्था की डिज़ाइन, तरंगदैर्घ्य अनुकूलन और प्रभावी पल्स मॉडुलन होता है।
AI-ड्राइवन कंट्रोलर पूर्वानुमानित विश्लेषण का उपयोग करके पल्स आवृत्ति और बीम फोकस को समायोजित करते हैं, जिससे ऊर्जा के उच्च उतार-चढ़ाव को कम किया जा सके और वास्तविक समय में दक्षता बढ़ाई जा सके।
