Лазерлік маркерлердің жұмыс істеу жылдамдығы мен олардың энергияға деген сұранысы арасындағы байланыс мүлдем түсінікті емес. Бұл машиналар жұмысты бастаған кезде, 2023 жылғы Лазерлік жүйелер саласындағы соңғы хабарламаларға сәйкес, жиі шамамен 2,5 кВт ток қажет етеді. Бірақ машина тұрақтанып, секундына шамамен 800 миллиметр жылдамдықпен үздіксіз жұмыс істей бастаған кезде, ол әдетте тек 1,2 кВт қана пайдаланады, бұл ескі әшекейлеу әдістерінің тұтынатын энергиясынан шамамен ширегі аз. Егер терең әшекейлеу үшін жұмыс жылдамдығын 300 мм/с дейін баяулату қажет болса, онда энергия тұтыну шамамен 40% артады. Бұл лазер сәулесі материал бетінде ұзақ уақыт белсенді күйде тұрған сайын орын алады. Шұғыл жаңартылған жабдықтарда адаптивті қуатты масштабтау технологиясы деп аталатын құрылғы орнатылған. Негізінде, басқару жүйесі программаланған жылдамдықтың орнатылған мәніне сәйкес лазерге берілетін қуат мөлшерін өзгертіп отырады, өндірістік циклдар кезінде жағдайлар өзгерсе де жалпы энергия тұтынуды тиімді сақтауға көмектеседі.
Соңғы талшықты лазерлік жүйелер машина көру жүйесі арқылы көріп тұрған нәріске сәйкес ұшып бара жатқан жылдамдығын реттейді. Бұл нәріс белгіленбейтін кезде қуатты шығындауды болдырмау деген сөз, соның нәтижесінде 2024 жылғы зерттеулерге сәйкес белсенді емес кезеңдер кезінде энергия пайдалану шамамен ширегіне дейін төмендейді. Сондай-ақ, маркировка жасалып жатқан кезде 10 000 Гц жиілікпен және күтіп тұрған кезде тек 200 Гц жиілікпен ауыстырып тұратын өте қызықты «пакеттік режим» деген мүмкіндік бар. Жүйе әзір тұрады, бірақ енді үздіксіз токты жұмсақ қана тұтпайды, соның нәтижесінде қуатты тұтыну бұрынғысының орнына тек 300 Вт-қа дейін төмендейді.
Автомобиль өндірісінің бірінші деңгейдегі жеткізушісі клапан серіппелерін белгілеу үшін CO₂ лазерінің параметрлерін тиімді қайта баптау арқылы энергия үнемдеуді қамтамасыз етті және ISO/TS 16949 сапа стандарттарын сақтады:
| Параметр | Бастапқы | Оптимизацияланған |
|---|---|---|
| Жылдамдық | 650 мм/с | 900 мм/с |
| Импульс жиілігі | 20 кГц | 15 кГц |
| Жұмыс уақытының проценттік көрсеткіші | 85% | 72% |
Бұл баптау жылдық энергия шығынын 58 МВт-тан 34,8 МВт-қа дейін азайтты. 15 айлық ROI 6 ескі жүйені адаптивті жиілік модуляторларымен жаңартудың тиімділігін дәлелдеді.
УК лазерлерді қолданатын медициналық құрылғылар өндірушілері айнымалы жылдамдық профилдерін қолдану арқылы бірлік энергия шығынын 18% кемейтті:
Электроника саласы жылдамдық пресеттерін термиялық жүктеме датчиктерімен біріктіру арқылы энергия тиімділігін 31% арттырғаны туралы хабарлайды. Бұл PCB маркировкасы кезінде қыздыруды болдырмауға және 1,200 тақта/сағат өткізу қабілетін сақтауға көмектеседі (2023 жылғы Жартылай өткізгіш Өндіріс Бойынша Есеп).
Лазерлік маркировка технологиялары энергия тиімділігі жағынан әлдеқайда ерекшеленеді. CO2 лазерлері ең аз тиімді болып табылады, 7–15 кВт пайдаланып, тек 10–20% пайдалы шығысқа айналады (Heatsign 2023). Талшықты лазерлер басқаларынан асып түседі, 2–4 кВт кезінде 40–50% түрлендіру тиімділігіне жетеді. Ультракүлгін лазерлер дәлдік үшін маңызды болса да, медициналық құрылғыларды маркировкалау сияқты жұқа қолданулар үшін талшықты жүйелерге қарағанда 15–30% артық энергия талап етеді.
| Метрика | CO2 Лазер | Талшынды лазер | Ультракүлгін лазер |
|-----------------------|-----------------|-----------------|------------------|
| Орташа қуат күші | 7-15 кВт | 2-4 кВт | 3-5 кВт |
| Энергия түрлендіру | 10-20% | 40-50% | 25-35% |
| Суыту талаптары | Белсенді (Жоғары) | Белсенді емес | Белсенді (Орташа) |
Талшынды лазерлер үш негізгі артықшылықтары арқасында тиімділік жолында жетекші орында:
Талшынды лазердің әсер етуін зерттеу нәтижелеріне сәйкес, осындай жүйелер үздіксіз өндірісте CO2 лазерлеріне қарағанда 40% төменгі жұмыс шығындарын қамтамасыз етеді. Олардың тікелей диодтық сорғылауы газды толтыру қажеттілігін жояды және әртүрлі жұмыс жоспарында энергияның 60–70% ұтымсыз шығынын азайтады.
Ультракүлгін лазерлер (355 нм) жылуға сезімтал полимерлер мен жартылай өткізгіштерді белгілеу кезінде талшынды лазерлерге қарағанда 18–22% артық қуат жұмсайды. Бұл жиілікті үш еселеу процесстері мен оптикалық компоненттерді белсенді суыту қажеттілігіне байланысты энергия көп қажет ететін процеске байланысты. Микроэлектроникадағы маңыздылығына қарамастан (15 мкм-ден кіші элементтер), 2024 жылғы Лазерлік материалдарды өңдеу туралы есепте өнеркәсіптегі көрсеткіштер бойынша ультракүлгін жүйелердің орташа энергоэффективтілігі 35% төмен болады.
Белгілеу жылдамдығын арттыру әдетте энергия тұтыну көлемін 15–35%-ға арттырады (Material Processing Journal, 2023). CO2 лазерлері үшін 80% жылдамдықта жұмыс істеу күндік өнім шығаруды 12%-ға төмендетеді, бірақ үздіксіз жұмыста қуат сұранысын 22 кВт·сағ-қа азайтады. Энергия мен жылдамдық арасындағы байланыс технологиялар бойынша әртүрлі болады:
| Лазер түрі | Жылдамдықтың артуы | Энергия әсері |
|---|---|---|
| Волокно | +25% | +18% |
| CO₂ | +20% | +30% |
| UV | +15% | +24% |
Қазіргі заманғы бақылау құрылғылары материал қаттылығын анықтау үшін нақты уақытта кері байланыс қолданады, ал мысалы, алюминийге қарағанда қатты болатты белгілеген кезде жылдамдықты 40–60%-ға төмендетеді. Бұл энергия көп тұтынатын артық белгілеуді болдырмауға көмектеседі, өйткені бұрынғы тұрақты жылдамдықты баптаулар аралас материалдар сызығында өнеркәсіптегі энергия тиімсіздігінің 30% құрайтын.
Қандай ғажап болмағанымен, кейбір автомобиль зауыттары өзінің УК жүйелерін толық жылдамдықпен жүргізген кезде 85% қуат қолданатын зауыттарға қарағанда 18% артық энергия пайдаланады. Неліктен? Өйткені осындай жоғары жылдамдықтағы операциялар әрі қарай дәлдікті сақтау үшін тұрақты температура реттеуін және қуаттың секірістерін талап етеді. Өткен жылғы нақты өнеркәсіптік деректерді қарастырсақ, қызық нәрсе байқауға болады. Бір ірі өндіруші әуе ғимараттарын белгілеу үшін максималды емес, өзі «идеал» деп атап өткен жылдамдықтарға қайта оралған кезде, олар жылына шамамен 740 миллион ватт-сағат энергия үнемдеді. Осындай тиімділік уақыт өте келе нағыз айырмашылық жасайды.
Желілер енді лазерді іске қосуға 0,8 секунд бұрын энергия үлгілерін болжайды, импульс жиілігі мен сәуле шоғырлануын жылдамдық өзгерісі кезінде тиімділікті 5% ішінде ұстап тұру үшін баптайды. Ерте қабылдаушылар дәстүрлі PLC-пен салыстырғанда партиялық өңдеу кезінде энергиялық шұғыл 27% аз болатынын хабарлайды.
Лазерлік жабдықты импульстық режимге ауыстыру энергия пайдалануды 22-ден 35 пайызға дейін азайтады, егер соңғы тоқтап-іске қосу циклдарында лазерлерді үздіксіз жұмыс істеуге салыстырсақ, өткен жылы Laser Tech Journal журналында жарияланған зерттеу нәтижелеріне сәйкес. Негізгі ой тұжырымдамасы шын мәнінде қарапайым – белгі қою керек болған кезде ғана лазерлік қуатты қосыңыз, ал оны бүкіл күні бойы электр тогын жұмсап тұрған күйде ұстау керек емес. 2024 жылы жасалған кейбір жаңа зерттеулер ұшақ бөлшектерін жасайтын компаниялар жылдық энергия шығындарын жүргізудің және титан бөлшектерге сериялық нөмірлерді нақыштау үшін атап айтқанда осы импульстық параметрлерді пайдалануды бастағаннан кейін шамамен 28 пайызға үнемдегенін көрсетті. Әрине, титан басқа да қатты өңдеу жағдайларын талап ететінін ескерсек, бұл түсінікті.
Регенеративті тізбектер импульсты аралықтар кезінде пайдаланылмайтын энергияның 18% дейін қайта қалпына келтіреді. Жоғары жылдамдықты талшықты лазерлі жүйелерде бұл энергия салқындату құрылғылары немесе позиционерлеу қозғалтқыштары сияқты көмекші жүйелерге бағытталады. Сараптамалар регенеративті тізбектердің автомобиль өндірісінде тәулігіне 9,7 кВт·сағ энергия үнемдеуге қабілетті екенін көрсетті.
Бүгінгі таңда лазерлік жүйелер энергия шығындарын 15-30 пайызға үнемдеуге мүмкіндік береді, себебі олар серияларды өңдеу кезінде өз жылдамдықтарын бейімдей алады. Құпиясы импульстық жиілікті модуляция деп аталатын нәрседе жатыр, ол қуаттың шығындалуын шамамен 22 пайызға дейін азайтатынын кейбір соңғы зерттеулер көрсетті (Ponemon Institute, 2023). Бұл лазерлер жылдам гравировка режимі мен ұйқышыл қосылып тұрған күйі арасында ауысқан сайын, олар енді артық электр тогын тартып отырмайды. Нақты мысал ретінде бір чип жасаушы компания келтірілуі мүмкін, олардың жылдық электр энергиясына шығындарын шамамен 18 мың долларға дейін азайтқаны жатыр, олар осындай ақылды жылдамдықты басқару жүйелерін орнатқаннан кейін. Бұл жаңа протоколдар лазерлер тек қажет болған кезде ғана іске қосылатынын қамтамасыз етеді және өндірістік жолақтың қозғалуына сәйкес өз белсенділіктерін дәл сәйкестендіреді.
| Метрика | УК Лазерлік жүйе А | УК Лазерлік жүйе В |
|---|---|---|
| Энергия құны/ай | $1,240 | $980 |
| Белгілеу жылдамдығы | 120 бірлік/мин | 90 бірлік/мин |
| Жылдық таза үнемдеу | -$2,880* | +$5,210 |
*Өндірістің 18% өтімділігінің төмендеуі 21% энергия үнемдеуді басып тұрғандықтан үнемдеу кері болып табылады
Бұл 73% зауыттардың жылдамдықты азайтуды 20%-дан аспайтын етіп шектеуін неге дұрыс қарастыратынын көрсетеді – өндірістілікті энергияны үнемдеумен теңгеру керек.
Жабдықтаушылардың шамамен 58 пайызы өздерінің машиналарында осындай экожүйе режимінің мүмкіндіктері бар деп болжамдаса, тәуелсіз сынақтар басқа нәтиже көрсетеді. Шамамен 41% жұмыстың қажеті жоғары шығыс кезінде машина іске қосылған кезде осы режимдерді өшіріп тастайды. Тапсырмаларды тез орындау мен қоршаған ортаны қорғау арасында айқын шиеленіс бар. Мысалы, Ямазаки Мацак компаниясына назар аударыңыз. Олардың талшықты лазерлері әртүрлі уақытта қажетті қуатты пайдалануға бейімделіп жасалған. Нәтижесінде машиналар энергияны шамамен 19% үнемдейді және бұрынғыдай циклді 4% жылдам орындайды. Сондықтан, табиғатты қорғау дегеніміз жылдамдықты жоғалту деген сөз емес екен.
Жоғары жылдамдықтар салыстырмалы түрде пайдалану тиімділігін арттырса да, терең гравировка сияқты нақты тапсырмалар үшін жылдамдықты азайту лазер ұзақ уақыт істегендіктен энергия пайдалануды арттыруы мүмкін.
Нақты уақытта қуат пен жылдамдықты бейімдеу арқылы энергия пайдалануды тиімді етуге үлес қосатын технологияларға икемді қуат кеңейтілуі, динамикалық жылдамдық модуляциясы және импульстік режим жатады.
Талшықты лазерлердің қатты күйлі конструкциясы, толқын ұзындығының тиімділігі және тиімді импульс модуляциясы арқасында олардың энергияны түрлендіру тиімділігі жоғары (40-50%) болады.
Болжамды талдау қолданатын ЖИ-негізіндегі басқару құрылғылары импульс жиілігі мен сәуле фокусын бейімдеу арқылы энергия шығынын азайтып, нақты уақыт режимінде тиімділікті арттырады.
