Download het artikel in 
ENGINEERINGNET.BE - Hij behaalde onlangs aan de Faculteit voor Ingenieurswetenschappen van de KU Leuven zijn doctoraat (PhD) in Mechanical Engineering met de thesis ‘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, zullen de producenten van lasersnijmachines hun nieuwste ontwikkelingen op het vlak van snijtechniek voor plaatmateriaal laten zien. Eén van de zekerheden: de typische CO2-laser verliest verder terrein én het marktaandeel van de vastestoflasers (de disklaser, de fiberlaser en de directe diodelaser) neemt sterk toe.
Waar de verhouding CO2-laser ten opzichte van fiberlaser voorheen 95% versus 5 % was, zijn de percentages de voorbije jaren omgekeerd. Ook de snijkantkwaliteit van de fiberlaser is sterk verbeterd. De ontwikkeling van krachtige laserdiodes en nieuwe koelconcepten resulteerden in disk-, fiber- en DDL-lasers met een hoge straalkwaliteit en een dito vermogen. 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.
Fiber versus diode
Bij de directe diodelaser (DDL) technologie worden diodes rechtstreeks aangewend. De amplifier of versterker, die gebruikt wordt in de fiberlaser technologie, wordt geëlimineerd. Hierdoor wordt de werking van de directe diodelaser, een kleine en betrouwbare laserbron die zijn goede straalkwaliteit behoudt, efficiënter en sneller. Deze geïnjecteerde diodelaser onderscheidt zich van de optisch gepompte diodelaser die eenvoudiger te produceren is. “Fiberlasers hebben een hoge helderheid die kan worden aangewend om de laserstraalkwaliteit van diodelasers te wijzigen/verbeteren.
Directe diodelasers hebben het potentieel om de goedkoopste lasers, goedkoper dan fiberlasers te worden, omwille van hun hoge automatisatiegraad. Ze onderscheiden zich van andere soorten lasers, onder meer door hun potentieel om te werken met verschillende golflengtes en met polarisatie (voor laserstraalvorming)”, aldus dr. Gonçalo Costa Rodrigues. “In de eerste twee jaar van mijn onderzoek ging de focus vooral naar de opbouw van een hoog vermogen door middel van het gebruik van meerdere golflengte(s) van 800 à 1000 µm, in plaats van één. Dit werd afgetoetst met de fiber- en CO2-lasers die toen op de markt waren.”
Laserbron op laserkop
Op het vlak van efficiëntie is de directe diodelaser tot 30 % efficiënter dan de fiberlaser. “De compactheid en het lichte gewicht zijn eveneens voorname pluspunten. Een directe diodelaser is nog lichter en compacter dan een fiberlaser. In die mate dat bij eerstgenoemde de laserbron op de laserkop kan worden ingebouwd in plaats van buiten de machine”, aldus Costa Rodrigues.
“Een ander voordeel van DDL is de mogelijkheid tot polarisatie. De polarisatie en de golflengte van de directe diodelasers worden aangewend om de helderheid te verbeteren. We hebben kunnen aantonen dat we, door te ‘spelen’ met deze parameters, ook de procesefficiëntie (snijsnelheid, vermogen) aanzienlijk (soms tot 60%) kunnen verbeteren. Met CO2- en fiberlasers is dit niet mogelijk.”
Mazak bijvoorbeeld gebruikt een vergelijkbare technologie. Opvallend is hierbij dat de Japanse machinefabrikant dezelfde laserstraalkwaliteit beoogt als bij fiberlaser. Een andere DDL-variante die in de lift zit, houdt verband met de stabilisatie van golflengtes, waardoor er meer golflengtes kunnen worden gecombineerd. Een rijpe technologie met potentieel waarvan we op de volgende Euroblech-editie wellicht meer zullen vernemen.”
SheMet 2019
Wat de opeenvolgende technologische ontwikkelingen in het lasersnijmarktsegment en de DDL-technologie in het bijzonder betreft, merkt Costa Rodrigues op dat de onderzoekswereld vaak ‘in snelheid genomen wordt’ door de machinebouwers. De recente acquisitie van het Amerikaanse TeraDiode (zie kaderstuk) door Panasonic illustreert dit.
Van 15 tot en met 17 april 2019 zal de DDL-technologie ook uitgebreid aan bod komen op ‘SheMet 2019’, de tweejaarlijkse ‘International Conference on Sheet Metal’. Gastheer voor deze 18e editie is trouwens het departement Mechanical Engineering van de KU Leuven.
Door Philip Declercq
(*) Supervisors waren Prof. Joost R. Duflou en Prof. Jean-Pierre Kruth.
Kadertekst
Aziatische DDL-expertise
DDL-technologie blijkt alsnog vooral een zaak van Aziatische machinebouwers te zijn. Mazak, de eerste fabrikant van werktuigmachines die gebruik maakte van de DDL-technologie, lanceerde haar toepassing op de vakbeurs Euroblech in Hannover. Zijn Optiplex DDL lasersnijmachine combineert de kwaliteit van 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 minuscule elektronische componenten op computerborden, smartphones en tablets. Hier ligt de focus eerder op de laserstraalkwaliteit en niet zozeer op hoge performantie.
Een derde marktspeler is Panasonic die begin vorig jaar de Amerikaanse laserstart-up ‘TeraDiode’ overnam. Via de DDL-expertise van dit laatste bedrijf, vooral wat de straalgolflengte betreft, wil Panasonic een doorbraak in het laserbusiness segment realiseren.
