Ryšys tarp lazerinių žymeklių darbo greičio ir jų energijos suvartojimo visai nėra tiesioginis. Kai šios mašinos pirmą kartą pradeda veikti, jos dažnai suvartoja apie 2,5 kW elektros energijos, kaip nurodyta 2023 metų pranešimuose iš lazerinių sistemų pramonės. Tačiau kai viskas nusistovi ir mašina nuolat veikia esant maždaug 800 milimetrų per sekundę, ji paprastai suvartoja tik 1,2 kW, kas iš tikrųjų yra maždaug 25 % mažiau nei senesnės graviravimo technologijos. Jei operatoriams reikia sulėtinti darbą iki 300 mm/s dėl labai gilaus graviravimo, energijos suvartojimas padidėja maždaug 40 %. Tai atsitinka todėl, kad lazeris ilgiau lieka aktyvus ant medžiagos paviršiaus. Laimei, naujesnės įrangos yra sujungtos su tuo, ką vadinama adaptacine galios reguliavimo technologija. Paprastai tariant, valdymo sistema koreguoja lazeriui tiekiamos galios kiekį priklausomai nuo programuotų greičio nustatymų, padedant išlaikyti bendrą energijos naudojimo efektyvumą net tada, kai gamybos eigoje kinta darbo sąlygos.
Naujausios pluošto lazerinės sistemos koreguoja spidometrą realiu laiku priklausomai nuo to, ką mašina mato per savo vizijos sistemą. Tai reiškia, kad jos nešvaisto energijos judėdamos aplink, kai iš tikrųjų nieko nežymi, todėl neaktyvumo laikotarpiais energijos suvartojimas sumažėja maždaug ketvirtadaliu, kaip nurodyta 2024 metų tyrimuose. Taip pat yra išmanus bruožas, vadinamas impulsų režimu, kuris perjungia tarp labai greitų impulsų 10 000 Hz dažnumu, kai žymima, ir kur kas lėtesnių impulsų tik 200 Hz dažnumu, kai laukiama. Sistema lieka pasiruošusi veikti, tačiau nevartoja daug elektros, kai stovi neaktyvi, sumažindama energijos sunaudojimą iki 300 vatų, o ne tokį, koks jis buvo anksčiau.
Automobilies įrangos tiekėjas optimizavo CO₂ lazerio parametrus vožtuvo sukiojimo žymėjimui, pasiekdamas reikšmingą energijos taupymą, kartu išlaikydamas ISO/TS 16949 kokybės standartus:
| Parametras | Originalas | Optimalizuotas |
|---|---|---|
| Greitis | 650 mm/s | 900 mm/s |
| Pulso dažnis | 20 kHz | 15 kHz |
| Eksploatavimo ciklas | 85% | 72% |
Ši korekcija sumažino metinę energijos sąnaudą nuo 58 MWh iki 34,8 MWh. 15 mėnesių grąžos norma pateisino šešių senų sistemų modernizavimą, naudojant adaptacinius dažnio moduliatorius.
Medicinos prietaisų gamintojai, naudojantys UV lazerius, pasiekia 18 % mažesnių vieneto energijos sąnaudų, taikydami kintamo greičio profilius:
Palyginti, elektronikos sektorius pasiekia 31 % didesnį energijos naudingumo rodiklį, derinant greičio nustatymus su šiluminės apkrovos jutikliais. Tai neleidžia perkaiti PC plokščių ženklinimo metu, išlaikant 1 200 plokščių/val. našumą (2023 m. puslaidininkių gamybos ataskaita).
Lazerinio ženklinimo technologijos reikšmingai skiriasi pagal energijos naudingumą. CO2 lazeriai yra mažiausiai efektyvūs, suvartodami 7–15 kW ir tik 10–20 % pateiktos energijos paverčiant naudotina (Heatsign, 2023). Pluošto lazeriai pranoksta kitus, pasiekiant 40–50 % konvertavimo efektyvumą esant 2–4 kW. UV lazeriai, nors ir būtini tikslumui, dėl jautrių sritčių, tokių kaip medicinos prietaisų ženklinimas, reikalauja 15–30 % daugiau energijos nei pluošto sistemos.
| Matas | CO2 lazeris | Pluošto lazeris | UV lazeris |
|-----------------------|-----------------|-----------------|------------------|
| Vidutinis energijos suvartojimas | 7-15 kW | 2-4 kW | 3-5 kW |
| Energijos konvertavimas | 10-20% | 40-50% | 25-35% |
| Aušinimo reikalavimai | Aktyvus (aukštas) | Pasyvus | Aktyvus (vidutinis) |
Pluošto lazeriai vadovauja naudingumo požiūriu dėl trijų pagrindinių privalumų:
Pagal pluošto lazerio efektyvumo tyrimus, šios sistemos veikia 40 % pigiau nei CO2 lazeriai nepertraukiamoje gamyboje. Jų tiesioginis diodinis siurbimas pašalina dujų papildymo poreikį, mažindamas neaktyvios energijos švaistymą 60–70 % partijų darbo procesuose.
UV lazeriai (355 nm) suvartoja 18–22 % daugiau energijos nei pluošto lazeriai, žymint jautrius šilumai polimerus ir puslaidininkius. Tai susiję su energiją daug sunaudojančiu dažnio triplikavimu ir aktyvaus aušinimo reikalavimais optiniams komponentams. Nepaisant jų svarbos mikroelektronikoje (elementai <15 µm), UV sistemos pramonės standartų tyrimuose (2024 m. Lazerinio apdirbimo pramonėje ataskaita) vidutiniškai 35 % mažiau energijos naudingos.
Didinant žymėjimo greitį, energijos suvartojimas dažnai padidėja 15–35% (Material Processing Journal 2023). CO₂ lazeriams veikiant 80% greičiu kasdienis našumas sumažėja 12%, tačiau nuolatinės veiklos metu sumažinamas energijos poreikis – 22 kWh. Energijos ir greičio santykis skiriasi priklausomai nuo technologijų:
| Laserio tipas | Greičio padidinimas | Energijos poveikis |
|---|---|---|
| Seras | +25% | +18% |
| CO₂ | +20% | +30% |
| UV | +15% | +24% |
Šiuolaikinių valdiklių darbe naudojamas realaus laiko grįžtamasis ryšys, kuris aptinka medžiagos kietumą, automatiškai sumažinant žymėjimo greitį 40–60%, kai žymima kietinta pliena, o ne aliuminiu. Tai neleidžia energiją švaistančio peržymėjimo, kuris yra viena iš pagrindinių energijos eikvojimo priežasčių, nes anksčiau fiksuotas žymėjimo greitis pramonėje lėmė 30% energijos neefektyvumą darbo su įvairiomis medžiagomis linijose.
Kiek keista, bet kai kurios automobilių pramonės įmonės sunaudoja net 18 procentų daugiau energijos, kai jų UV sistemas veikia visu greičiu, lyginant su įmonėmis, veikiančiomis apie 85 procentų pajėgumo. Kodėl? Todėl, kad šios didelio greičio operacijos reikalauja nuolatinių temperatūros koregavimų ir patiria energijos šuolius tik tam, kad išlaikytų tikslumą esant ekstremalioms sąlygoms. Pažvelgus į praeitų metų pramonės duomenis taip pat atsispindi kažkas įdomaus. Kai vienas didelis gamintojas vėl grįžo prie to, ką jie vadina „idealiu“, o ne maksimaliu greičiu, žymintis aviacijos komponentus, jie kasmet sutaupė apie 740 milijonų vatų valandų. Toks efektyvumas laikui bėgant daro tikrą skirtumą.
Neuroniniai tinklai dabar nuspėda energijos naudojimo modelius 0,8 sekundės prieš aktyvuojant lazerį, koreguodami impulsų dažnį ir spindulio koncentraciją, kad išlaikytų našumą 5 % ribose keičiantis greičių režimams. Pirmieji naudotojai praneša apie 27 % mažiau energijos šuolių per partijų apdorojimą lyginant su tradiciniais PLC.
Pereinant prie impulsinio lazerio veikimo, energijos suvartojimas sumažėja nuo 22 iki 35 procentų lyginant su lazerių veikimu nepretraupiant ciklų, kaip nurodyta praeitų metų „Laser Tech Journal“ publikacijoje. Pagrindinė idėja čia iš esmės paprasta – įjunkite lazerio energiją tik tada, kai reikia pažymėti objektą, o ne leiskite jam dirbti tuščiąja eiga ir visą dieną naudoti elektros energiją. Kai kurie 2024 metų tyrimų duomenys parodė, kad įmonės, gaminančios lėktuvų dalis, įdiegusios impulsinį veikimą konkrečiai titano dalių serijinių numerių graviravimui, sutaupė apie 28 procentų metinės elektros sąskaitos. Tai logiška, nes titanas ir taip reikalauja gana intensyvių apdirbimo sąlygų.
Regeneracinės grandinės atkuria iki 18% nevartojamos energijos impulsų intervalais. Aukštos kokybės pluošto lazerių sistemose ši energija nukreipiama į pagalbines sistemas, tokias kaip aušinimo vienetai arba pozicionavimo varikliai. Aikštės bandymai parodė, kad šios grandinės sutaupo 9,7 kWh/parą 24/7 automobilių pramonės veiklose, nekenkiant greičiui ar kokybei.
Šiandien diodinės sistemos gali sutaupyti nuo 15 iki 30 procentų energijos sąskaitų paprasčiausiai todėl, kad jos reguliuoja savo darbo greitį vykdamos partijas. Čia svarbų vaidmenį vaidina kažkas vadinama impulsinio dažnio moduliacija, kuri, pagal naujausius tyrimus (Ponemon institutas, 2023), sumažina švaistomą energiją apie 22 procentus. Kai šios diodinės sistemos perjungia tarp greito gravirovimo režimo ir mieguisto laukiamojo režimo, jos nebenaudoja nereikalingos elektros. Praktiškai tai įrodė vienas mikroschemų gamintojas, kuris įdiegęs protingo greičio valdymo sistemas, per metus sutaupė beveik 18 tūkstančių dolerių. Šie nauji protokolai užtikrina, kad diodinės sistemos aktyvuojasi tik tada, kai reikia, visiškai sinchronizuodamos savo darbą su gamybos linijos judėjimu.
| Metrinė | UV diodinė sistema A | UV diodinė sistema B |
|---|---|---|
| Energijos kaina/mėnesį | $1,240 | $980 |
| Pažymėjimo greitis | 120 vienetų/min | 90 vienetų/min |
| Metinė grynoji taupymo suma | -$2,880* | +$5,210 |
*Neigiamos santaupos dėl 18 % pralaidumo kritimo viršijančios 21 % energijos suvartojimo mažėjimą
Tai paaiškina, kodėl 73 % gamyklų riboja greičio mažinimą iki 20 % – siekiant subalansuoti produktyvumą ir reikšmingą energijos taupą.
Apie 58 procentai tiekėjų teigia, kad jų mašinos turi vadinamąsias ekorežimo funkcijas, tačiau nepriklausomi testai rodo kai ką kita. Apie 41 % jų išjungia šiuos režimus, kai mašina paleidžiama, nes siekia maksimalaus našumo. Aiškiai matyti konfliktas tarp greito darbo atlikimo ir ekologiškumo. Pažvelkime į pavyzdį – „Yamazaki Mazak“. Jie sukūrė gana protingą technologiją, kur jų šviesolaidžių lazerių energijos suvartojimas kinta priklausomai nuo akimirkinės būklės. Kokie rezultatai? Mašinos sutaupo apie 19 % energijos ir toliau atlieka darbo ciklą apie 4 % greičiau nei anksčiau. Taigi paaiškėja, kad būti ekologiškam nereiškia aukoti greičio.
Greitis daro įtaką energijos suvartojimui, nes didesnis greitis gali padidinti naudingumo koeficientą, tačiau jo mažinimas konkrečioms užduotims, tokioms kaip gilus graviravimas, gali sukelti didesnį energijos suvartojimą dėl ilgesnio lazerio veikimo.
Tokios technologijos kaip adaptuojama galios koregavimo sistema, dinaminė greičio moduliacija ir impulsų serijos režimas padeda optimizuoti energijos naudojimą, koreguojant galią ir greitį pagal realaus laiko poreikius.
Pluošto lazeriai turi geresnį energijos konvertavimo efektyvumą (40–50 %) dėl jų būdingos kietojo kūno konstrukcijos, bangos ilgio optimizavimo ir veiksmingos impulso moduliacijos.
Dirbtinio intelekto valdikliai naudoja prognozavimo analizę, kad koreguotų impulso dažnį ir spindulio fokusavimą, sumažinant energijos šuolius ir realiuoju laiku optimizuojant naudingumo koeficientą.
