Лазерийн маркерын ажиллах хурд болон энерги зарцуулалтын хоорондын холбоо нь маш тодорхой байдаггүй. Эдгээр төхөөрөмжүүдийг анх ажиллуулах үед 2023 оны мэдээгээр ихэвчлэн 2.5 кВт цахилгаан хэрэглэдэг. Гэсэн хэдий ч машины ажил хэвийн хурд болох ойролцоогоор секундэд 800 мм-д хүрснээр цахилгаан хэрэглээ нь 1.2 кВт болон буурдаг ба энэ нь хуучин төрлийн гравировка хийх арга барилын цахилгаан хэрэглээнээс ойролцоогоор дөрөвний нэгээр бага байдаг. Хэрэв гүн гравировка хийх шаардлагатай бол секундэд 300 мм хүртэл хурдаа багасгахад цахилгаан хэрэглээ 40%-иар нэмэгддэг. Энэ нь лазерийн цацраг материал дээр урт хугацаагаар тусаж байгаатай холбоотой. Аз болоход сүүлийн үеийн төхөөрөмжүүдэд адаптив хүчний масштаблах технологийг ашигладаг бөгөөд, хяналтын систем нь програмчилсан хурдны тохиргоонд үндэслэн лазерт өгөх хүчдэлийг тохируулан энергийн хэрэглээг үргэлж үр ашигтай байлгаж чаддаг.
Сүүлийн үеийн нийлмэл лазерын системүүд өөрийн харааны системээр харж буй зүйлд үндэслэн өөрийн хурдаа тухайн агшинд тохируулдаг. Энэ нь тэмдэглээ хийж байгаа биш үед хөдөлгөөнд нь цахилгааныг үрэлгүй зарцуулахгүй бөгөөд идэвхгүй байх үед нь энергийн хэрэглээг дөрөвний нэгээр багасгадаг. 2024 оны судалгаагаар тогтоогдсон байна. Мөн маш ухаалаг шинж чанар бүхий импульсын горим нь тэмдэглэх үед 10,000 Гц-ийн маш их хурдтай импульсээс дамжуулах ба түр зуур хүлээх үед зөвхөн 200 Гц-ийн харьцангуй удаан импульс рүү шилжинэ. Систем нь бэлэн байдалд байсаар боловч идэвхгүй байх үед цахилгааныг ихээр хэрэглэдэггүй бөгөөд цахилгааны хэрэглээг өмнөх байдалтай харьцулахад цагт 300 Вт-руу бууруулдаг.
Амьдралын нарийн нарийн тэмдэглэгээний хувьд СО₂ лазерын тохиргоог оновчтой болгосноор энергийн хэмнэлт олж ISO/TS 16949 чанарын стандартыг барих боломжийг олгосон:
| Параметр | ЭХСҮҮЛ | Оновчтой |
|---|---|---|
| Хурдац | 650 мм/с | 900 мм/с |
| Импульсын давтамж | 20 кГц | 15 кГц |
| Үйлдлийн цаг | 85% | 72% |
Энэ өөрчлөлтөөр жилд 58 МВт-аас 34.8 МВт цахилгаан хэрэглээг бууруулж, 15 сарын хөрөнгө оруулалтын буцаэлтыг баталгаажуулж, зэрэгцээ давтамжийн модулятортой 6 түүхий системийг шинэчлэх боломжийг олгосон.
Улаан туяаны лазерыг ашигладаг эмнэлгийн багажны үйлдвэрлэгчид нэгж бүрийн цахилгааны зардлыг 18%-иар бууруулах боломжтой хувьсах хурдны профил ашиглаж байна:
Цахилгаан салбар нь хурдны урьдчилсан тохиргоог дулааны ачаалалтай датчикаар хослуулснаар 31% илүү энергийн үр ашигтай байдаг гэж тайлагджээ. Энэ нь PCB тэмдэглэлт хийх үед дулааныг хэт халахыг саатуулж, цагт 1,200 самбар (2023 оны Семикондуктор үйлдвэрлэлийн тайлан) үйлдвэрлэлийг багтаан хангана.
Лазерийн тэмдэглэлийн технологи нь энерги ашиглалтын үр ашигт чанараараа ихээр ялгаатай. CO2 лазер нь хамгийн бага үр ашигтай бөгөөд 7–15 кВт-ыг хэрэглэдэг бөгөөд оролтын энергийн зөвхөн 10–20%-г ашиглагдах гаралтанд хувиргадаг (Heatsign 2023). Цахилгаан лазер нь бусдаас давж 2–4 кВт дээр 40–50% хувиргах үр ашигтай байдаг. Харин цахилгаан схем нь нарийн тэмдэглэл шаарддаг эмнэлгийн багажинд тогтоосон шиг нарийн хэрэглээнд цахилгаан системээс 15–30% илүү энерги шаарддаг.
| Метрик | CO2 лазер | Цахилгаан лазер | Цэнхэр лазер |
|-----------------------|-----------------|-----------------|------------------|
| Дундаж чадлын хэрэглээ | 7-15 кВт | 2-4 кВт | 3-5 кВт |
| Энерги хувиргах | 10-20% | 40-50% | 25-35% |
| Хөргөлтийн шаардлага | Идэвхтэй (өндөр) | Пассив | Идэвхтэй (дунд) |
Цахилгаан лазер нь дараах гурван гол давуу талын улмаас үр ашигтай байдаг:
Судалгаагаар үзвэл, цацрагийн лазерийн систем нь CO2 лазерийнхаа харьцуулахад үргэлжийн үйлдвэрлэлд 40% бага зардалтай байдаг. Шууд диодон нь хийгээр дүүргэх шаардлагыг арилгаж, багцын ажиллагааны үед 60-70% идэвхгүй энергийн алдагдлыг бууруулдаг.
Ультра ягаан лазер (355 нм) нь дулааны мэдрэг полимер, хагас дамжуулагчийг тэмдэглэх үед цацрагийн лазераас 18–22% илүү хүч даралт хэрэглэдэг. Энэ нь давтамжийн гурвалсан процессын өндөр энерги зарцуулалтаас болон оптик бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн идэвхтэй хөргөлтийн шаардлагын улмаас үүдэлтэй юм. Микроэлектроникт (15 мкм-ээс бага онцлог) чухал ач холбогдолтой байсан ч, ультра ягаан систем нь инженерийн туршилтын үзүүлэлтэнд дунджаар 35% дооц энергийн үр ашигтай байдаг (2024 оны лазерийн материал боловсруулах тайлан).
Тэмдэглэх хурд ихсэх нь ихэвчлэн энерги хэрэглээг 15–35%-иар нэмэгдүүлдэг (Материалыг боловсруулах сэтгүүл 2023). CO2 лазерын хувьд 80% хурдтай ажиллах нь өдрийн бүтээгдэхүүн гаралтыг 12%-иар бууруулж, цаашид үргэлжилсэн үйл ажиллагааны үед цахилгааны хэрэглээг 22 кВт-аар багасгадаг. Энерги хэрэглээ болон хурдны хамаарал нь технологийн төрлөөр өөр өөр байдаг:
| Лазерын төрөл | Хурдны нэмэлт | Энерги хэрэглээнд нөлөөлөх |
|---|---|---|
| Утас | +25% | +18% |
| CO₂ | +20% | +30% |
| УВ | +15% | +24% |
Орчин үеийн контроллерууд нь бодит цагт мэдээлэл авч, материалийн хатуу байдалыг тодорхойлж, цахилгаан гангийн хувьд тэмдэглэх хурдыг аллюминий хувьд бодвол 40–60%-иар бууруулдаг. Энэ нь энерги их шаарддаг түвшингээс илүү тэмдэглэхээс сэргийлдэг. Ийм төрлийн хэмнэлт нь холимог материалыг боловсруулах үйлдвэрт 30% энергийн алдагдлыг бууруулдаг байв.
Хачирхалтай боловч зарим автомашины үйлдвэрүүд нь тэднийг 85% чадлын түвшинд ажиллуулах үед тэднийг хамгийн их хурдаар ажиллуулах үедээ 18% илүү энерги хэрэглэдэг. Яагаад гэвэл эдгээр хурдан ажиллагаанууд нь нарийн нарийвчлалыг тогтмол байлгахын тулд температурын настройка хийх шаардлагатай бөгөөд цахилгааны сэргэлт үүсдэг. Өнгөрсөн жилийн үнэн зөв мэдээллийг судалбал сонирхолтой зүйл гарч ирнэ. Нэг том үйлдвэрлэгч нь агаарын онгоцны хэсгүүдийг тэмдэглэхдээ хамгийн их биш, харин тэдний "төгс" гэж нэрлэсэн хурданд буцаж шилжихэд жилдээ ойролцоогоор 740 миллион ватт цагийг хэмнэсэн байна. Ийм зэрэг нь цаг хугацааны туршид бодит ялгааг оруулдаг.
Одоо сүлжээнүүд нь лазерийг ажиллуулахаас 0.8 секундийн өмнө энерги хуваарилалтыг урьдчилан таамаглаж, импульсийн давтамж болон цацрагийн фокусыг тохируулж, хурдны шилжилтийн үед 5%-ийн дотор ажиллагааг баталгаажуулж байна. Энэ технологийг анх байгуулсан ашиглагчид нь өмнөх PLC-тэй харьцуулахад бүлгийн боловсруулалтын үед энерги даралт 27% багассан гэж мэдээлжээ.
Лазерийг тасралтгүй ажиллуулахад зарцуулах энергийн хэмжээнээс нь 22-35% нь бага энергийг хэрэглэдэг гэж лазерийн технологийн сэтгүүлд өнгөрсөн жилээс хэвлэгдсэн судалгаа харуулж байна. Үндсэн санаа нь маш энгийн бөгөөд – тэмдэглэх шаардлагатай үед л лазерын цахилгааныг асаах ба өдөр дунд идэвхгүй байдалд цахилгааныг хоосон зарцуулахгүй байх явдал юм. 2024 оны сүүлийн үеийн судалгаагаар онгоцны хэсгүүдийг үйлдвэрлэдэг компаниуд титан хэсгүүд дээр цуврал дугаар тодорхойлохдоо импульст тохиргоог ашигласнаар жилийн дагуу энерги зарцуулалтаа 28% бууруулсан байна. Титан металл нь чанарын боловсруулалтын амьсгалын нөхцөл шаарддаг тул энэ нь логиктой харагдаж байна.
Сэргээх хэлхээнүүд нь импульсын завсрын үед ашиглагдаагүй энергиийн хүртэл 18%-ыг сэргээн авдаг. Өндөр хурдны ширхэг лазерын системүүдэд энэ энерги нь хөргөх төхөөрөмжүүд эсвэл байршлын хөдөлгүүрүүд шиг туслах системүүд рүү чиглүүлэгддэг. Талбайн шинжилгээнүүд нь эдгээр хэлхээнүүд нь хурд эсвэл чанарыг буруушлахгүйгээр 24/7 автомашин үйлдвэрлэлд өдөрт дунджаар 9.7 кВтц цахилгаан хэмнэдэг болохыг харуулжээ.
Онцгой пульс давтамжийн зохицуулгын технологийг ашигласнаар лазерын систем нь энерги хэмнэх боломжтой. Судалгаа (Ponemon Institute, 2023) ёсоор энэ технологи нь хэрэглээгүйгээр алдагдах цахилгааны хэмжээг 22%-иар бууруулдаг. Лазерын систем нь энгрийвээрээр ажиллах болон тайван байдал хооронд шилжихдээ цахилгааныг хэмнэж ажилладаг. Жишээлбэл, чип үйлдвэрлэгч нь оюун ухаантай хурдны зохицуулгын системийг нэвтрүүлснээр жилдээ 18,000 ам.доллар хэмнэсэн байдаг. Энэ нь лазерын системийг зөвхөн шаардлагатай үед л ажиллуулж, үйлдвэрлэлийн шугамын хөдөлгөөнд тохируулан ажилладаг болгодог.
| Тооноор | UV Лазер Систем A | UV Лазер Систем B |
|---|---|---|
| Энерги хэрэглээ/сар | $1,240 | $980 |
| Зургаан хурд | 120 нэгж/мин | 90 нэгж/мин |
| Жилийн цэвэр хэмнэлт | -$2,880* | +$5,210 |
*Энергийн хэмнэлтээс 18% нэвтрэлт алдалт их байгаа нь хэмнэлтийг сөрөг баланстай болгож байна
Энэ нь 73% фабрик хурдны бууралтыг 20%-иас бага байлгаж байгаа шалтгаан юм – бүтээлтийг эрчим хүчний хэмнэлттэй тэнцвэртэй байлгахын тулд.
Нийтлэгийн дагуу ойролцоогоор 58 хувь нь эд наранд энэхүү экономийн горимын онцлогтой гэж үздэг боловч тусдаа шалгахад өөр байдаг. Ойролцоогоор 41 хувь нь машиныг ажиллуулах үед онцлогийг салгаж байдаг бөгөөд энэ нь хамгийн их бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэхийг хүсдэгтэй холбоотой юм. Энэ нь хурдан ажил гүйцэтгэх, байгаль орчныг хамгаалах хоёрын хооронд тодорхой маргаантай байгааг харуулж байна. Ямагийн Мазак компанийг жишээнээс харъя. Тэд цахилгаан лазерын хүчийг шаардлагатай хэмжээнд нь тохируулан ашиглах ухаалаг технологийг хөгжүүлсэн байдаг. Үр дүнд нь машины цахилгааны хэрэглээ 19 хувиар буурч, мөн өмнөхөөсөө 4 хувиар хурдан ажилладаг болсон байна. Иймд байгаль орчныг хамгаалах нь заавал хурд алдалттай байх албагүй гэдгийг харуулж байна.
Онцгой даалгаваруудын хувьд хурдыг бууруулах нь лазер идэвхтэй байх хугацааг уртасгах тул энерги хэрэглээг нэмэгдүүлэх боломжтой байдаг тул өндөр хурд нь энерги хэрэглээг нэмэгдүүлж чаддаг боловч үр ашигтай байж болно.
Адаптив цахилгаан эрчим хэмнэлт, динамик хурдны модуляци болон импульсийн горим зэрэг технологи нь цахилгаан эрчим, хурдыг бодит цагт шаардлагатай дагуу тохируулж энерги хэрэглээг оновчтой болгодог.
Fiber лазер нь хатуу төлөвт дизайн, долгионы уртны оновчлолт, мөн үр ашигтай импульсийн модуляцийн благодар эрчим хүчний хувиргах үр ашигтай байдаг (40-50%).
Хиймэл оюун ухааны контроллерууд нь урьдчилан таамаглах аналитик ашиглан импульсийн давтамж, цацрагийн фокусыг тохируулж, эрчим хүчний сэргэлтийг багасган бодит цагт үр ашигтай байдлыг оновчтой болгодог.
