Naar een doorbraak van de directe diodelaser

“Directe diodelasers (TTL) zijn licht en compact. Door hun hoge mate van automatisering hebben ze het potentieel om goedkoper te worden dan fiberlasers”, zegt Dr. Gonçalo Costa Rodrigues.

Trefwoorden: #DDL, #diodelaser, #direct diodelaser, #fiberlaser, #Gonçalo Costa Rodrigues, #Lasersnijden

ENGINEERINGNET.BE - Hij behaalde onlangs zijn doctoraat (PhD) in Werktuigbouwkunde aan de Faculteit Ingenieurswetenschappen van de KU Leuven op het proefschrift 'Laser Cutting with Direct Diode Lasers – Opportunities in Polarization and Beam Shaping'. (*)

Op de komende editie van Euroblech, de tweejaarlijkse internationale vakbeurs voor plaatbewerking in Hannover, tonen de fabrikanten van lasersnijmachines hun nieuwste ontwikkelingen op het gebied van snijtechnologie voor plaatmaterialen. Eén van de zekerheden: de typische CO2-laser verliest terrein en het marktaandeel van de vastestoflasers (de schijflaser, de fiberlaser en de directe diodelaser) neemt sterk toe.

Waar de verhouding CO2-laser tot fiberlaser voorheen 95% versus 5% was, zijn de percentages de afgelopen jaren omgedraaid. Ook de geavanceerde kwaliteit van de fiberlaser is sterk verbeterd. De ontwikkeling van krachtige laserdiodes en nieuwe koelconcepten resulteerde in schijf-, fiber- en DDL-lasers met een hoge straalkwaliteit en kracht. In tegenstelling tot de fiberlaser, die zich vooral richt op het snijden van dunne plaat, is de DDL-technologie vooral geschikt voor het snijden van plaatmateriaal van (middel)grote diktes.

Vergelijking tussen de snijkwaliteit van het snijden van CO2-staal (links) en het gebruik van DDL-technologie bij het snijden van roestvrij staal (rechts) (Bron: G. Costa Rodrigues en JR Duflou (2017). Mogelijkheden in lasersnijden met directe diodelaserconfiguraties .CIRP Annalen - Productietechnologie 66)

Vezel versus diode In de directe diodelasertechnologie (DDL) worden diodes direct gebruikt. De versterker of versterker die in fiberlasertechnologie wordt gebruikt, wordt geëlimineerd. Dit maakt de werking van de directe diodelaser, een kleine en betrouwbare laserbron die zijn goede bundelkwaliteit behoudt, efficiënter en sneller. Deze geïnjecteerde diodelaser verschilt van de optisch gepompte diodelaser die gemakkelijker te vervaardigen is. “Vezellasers hebben een hoge helderheid die kan worden gebruikt om de laserstraalkwaliteit van diodelasers te wijzigen/verbeteren.

Directe diodelasers hebben het potentieel om de goedkoopste lasers te worden, goedkoper dan fiberlasers, vanwege hun hoge mate van automatisering. Ze verschillen van andere soorten lasers, deels vanwege hun potentieel om te werken met verschillende golflengten en met polarisatie (voor de vorming van laserstralen)”, zegt Dr. Gonçalo Costa Rodrigues. “In de eerste twee jaar van mijn onderzoek lag de focus vooral op het bouwen van een hoog vermogen door meerdere golflengte(s) van 800 tot 1000 µm te gebruiken, in plaats van slechts één. Dat is getest met de fiber- en CO2-lasers die toen op de markt waren.”

Laserbron op laserkop De directe diodelaser is qua efficiëntie tot 30% efficiënter dan de fiberlaser. “Ook de compactheid en het lichte gewicht zijn grote voordelen. Een directe diodelaser is nog lichter en compacter dan een fiberlaser. Voor zover de eerste het mogelijk maakt om de laserbron in de laserkop in te bouwen in plaats van buiten de machine”, zegt Costa Rodrigues.

“Een ander voordeel van DDL is de mogelijkheid tot polarisatie. De polarisatie en golflengte van de directe diodelasers worden gebruikt om de helderheid te verbeteren. We hebben kunnen laten zien dat we door met deze parameters te 'spelen' ook de procesefficiëntie (snijsnelheid, vermogen) (soms tot wel 60%) aanzienlijk kunnen verbeteren. Dat kan niet met CO2- en fiberlasers.”

Mazak maakt bijvoorbeeld gebruik van een vergelijkbare technologie. Opvallend is dat de Japanse machinefabrikant dezelfde laserstraalkwaliteit nastreeft als bij fiberlaser. Een andere TTL-variant die in opkomst is, heeft te maken met het stabiliseren van golflengten, waardoor meer golflengten kunnen worden gecombineerd. Een volwassen technologie met potentieel waar we in de volgende Euroblech-editie meer over kunnen leren.”

SheMet 2019 Met betrekking tot de opeenvolgende technologische ontwikkelingen in het lasersnijmarktsegment en TTL-technologie in het bijzonder, merkt Costa Rodrigues op dat de onderzoekswereld vaak 'op snelheid' wordt gebracht door de machinebouwers. De recente overname van het Amerikaanse TeraDiode (zie kader) door Panasonic illustreert dit.

Van verschillende systeemniveaus van een enkele diodelaser tot het volledige laserstraalsysteem (Bron: G. Costa Rodrigues en JR Duflou (2017). Mogelijkheden in lasersnijden met directe diodelaserconfiguraties. CIRP Annals - Manufacturing Technology 66)

Van 15-17 april 2019 zal DDL-technologie ook uitgebreid aan bod komen op 'SheMet 2019', de tweejaarlijkse 'International Conference on Sheet Metal'. Deze 18e editie wordt trouwens gehost door de afdeling Werktuigbouwkunde van de KU Leuven. Door Philip Declercq

(*) Promotoren waren Prof. dr. Joost R. Duflou en prof.dr. Jean Pierre Kruth.

Kadertekst Aziatische TTL-expertise TTL-technologie lijkt nog steeds vooral een zaak van Aziatische machinebouwers. Mazak, de eerste fabrikant van gereedschapsmachines die DDL-technologie gebruikte, lanceerde zijn toepassing op de Euroblech-beurs in Hannover. Zijn Optiplex DDL lasersnijmachine combineert de kwaliteit van de afwerking van de CO2-laser met de snelheid van de fiberlaser.

Een andere Japanse machinebouwer, Amada, lanceerde vorig jaar de Direct Diode Laser Welder ML-5020AW voor het 'lassen' van kleine elektronische componenten op computerborden, smartphones en tablets. Hier ligt de focus meer op de kwaliteit van de laserstraal en niet zozeer op hoge prestaties.

Een derde marktspeler is Panasonic, dat begin vorig jaar de Amerikaanse laserstart-up 'TeraDiode' overnam. Door de TTL-expertise van laatstgenoemd bedrijf, met name op het gebied van bundelgolflengte, streeft Panasonic naar een doorbraak in het lasersegment.

Wij geven het nieuws voor je aan

Blijf op de hoogte van het laatste nieuws uit uw sector.

Schrijf je hier in voor de nieuwsbrief

Schrijf u in voor onze nieuwsbrief en blijf op de hoogte van alle industriële en technische ontwikkelingen.

Wij sturen geen spam. Lees ons privacybeleid voor meer informatie. Door je te registreren ga je akkoord met de voorwaarden.