Ultra

Aug 31, 2023

Con la introducción de los láseres de fibra de nivel de kilovatios a principios de la década de 2000 y su posterior integración en las herramientas de corte a fines de la década de 2000, los láseres de fibra han transformado el corte por láser de un método de nicho a un proceso de fabricación convencional. Desde entonces, los láseres de fibra han dominado el corte por láser de láminas de metal debido a su facilidad de integración, confiabilidad, bajo mantenimiento y bajos costos operativos y de capital en comparación con la tecnología láser anterior, las altas velocidades de corte y la posibilidad de escalar su potencia. El mercado de corte por láser ha crecido más del 10 por ciento anual en la última década, más del doble de la tasa de otros procesos de corte de perfiles.

En los últimos años, la industria de la fabricación ha visto una rápida adopción de láseres de fibra de ultra alta potencia (UHP) en el rango de 10 a 40 kW para corte. Al seguir los sistemas de corte por láser de última generación cada año en el piso de exhibición de FABTECH o en sus seminarios educativos, uno se habría dado cuenta de que la potencia máxima disponible para el corte aumentó drásticamente de 6 kW en 2016 a 40 kW en 2022, un aumento de casi siete veces en seis años. Solo en los últimos tres años, la potencia máxima del láser en los sistemas de corte ha aumentado de 15 a 40 kW. El rápido ritmo de desarrollo del láser UHP ha continuado este año, liderado por dos desarrollos recientes notables: la disponibilidad del láser de fibra de 50 kW para corte y su prueba en el campo; y el lanzamiento de láseres de fibra UHP de alta eficiencia con eficiencias eléctricas de más del 50 por ciento, lo que ofrece importantes ahorros de energía para aplicaciones de corte de alta potencia con ciclos de trabajo elevados.

La superposición de tres desarrollos importantes en los últimos años ha hecho factible la tendencia de corte UHP, a saber, menor costo/kW-potencia de los láseres de fibra, disponibilidad de cabezales de corte que pueden manejar la potencia ultraalta del láser y un mejor conocimiento de la ingeniería de aplicaciones. sobre el corte por láser de alta potencia.

Las velocidades de corte aumentan drásticamente con una mayor potencia del láser, lo que lleva a una reducción sustancial de los costos operativos (incluido el uso de gas, el tiempo de ciclo por pieza y el consumo de energía por pieza) y un costo por pieza significativamente más bajo. La velocidad de corte de la mayoría de los espesores de acero inoxidable, por ejemplo, se cuadruplica con creces al aumentar la potencia de 6 kW a 15 kW, mientras se utiliza la misma presión de gas de asistencia y el mismo tamaño de boquilla (es decir, el mismo flujo de gas) en el corte de alta y baja potencia. , lo que lleva a una reducción múltiple en el uso de gas y otros costos operativos.

Los láseres UHP también permiten el corte sin escoria de acero al carbono grueso y acero inoxidable con aire a alta presión en lugar del nitrógeno más costoso o el corte con oxígeno que es mucho más lento. El corte con gas asistido por aire es significativamente más rápido que el corte con oxígeno a altas potencias de láser, ya que en el corte con aire, a diferencia del corte con oxígeno, la velocidad aumenta con la potencia del láser. Por ejemplo, al cortar acero al carbono de 16 mm de espesor con un láser de 30 kW, la velocidad de corte es superior a 9 m/min con gas asistido por aire, pero es de solo unos 2 m/min cuando se usa oxígeno.

Al cortar con gas asistido por nitrógeno para acero inoxidable de 10 mm de espesor, la velocidad de corte aumenta de aproximadamente 2 m/min a 6 kW a más de 12 m/min a 15 kW, un aumento de seis veces con un aumento de potencia de 2,5X. Esta velocidad aumentada genera fácilmente una reducción de dos a tres veces en el costo por pieza para la mayoría de los diseños de piezas. Sin embargo, un sistema de corte por láser dos veces más productivo no es el doble de costoso, ya que el costo de la fuente de láser por kilovatio disminuye con el aumento de la potencia del láser y el mayor costo del láser se absorbe en el costo total de la máquina herramienta.

Al mejorar significativamente las velocidades de corte, UHP ha hecho que el corte por láser sea más competitivo frente a los métodos de corte mecánico, como el punzonado, al tiempo que conserva las ventajas únicas (a saber, flexibilidad, ausencia de desgaste de la herramienta, corte sin contacto y capacidad para cortar paredes delgadas e intrincadas). La ventaja del punzonado en comparación con cualquier proceso de corte de perfiles, como el láser, se encuentra típicamente en la fabricación en masa de piezas de geometrías relativamente simples, para las cuales se puede justificar el costo inicial de las herramientas. Sin embargo, a medida que la industria de la fabricación exige cada vez más flexibilidad, las altas velocidades de corte proporcionadas por los láseres UHP han cambiado la consideración de costos del láser frente al punzonado a favor de los láseres.

Antes del surgimiento de los láseres de alta potencia, la suposición común era que los láseres eran más adecuados para cortes más delgados, mientras que los plasmas apuntaban a cortes más gruesos. Aunque los plasmas funcionan bien en el corte de metales gruesos, el aumento espectacular de la potencia del láser en los últimos seis años ha elevado el límite percibido del espesor del láser/plasma a favor de los láseres cada año.

Las pruebas de aplicación han demostrado un corte por láser de alta calidad de metales de hasta 100 mm de espesor con 30 kW. Pruebas recientes muestran que con 40 kW, se puede lograr un corte por láser de acero al carbono de hasta 230 mm de espesor con gas asistido por aire. Las pruebas comparativas entre láseres UHP y plasma de alta potencia muestran que los cortes con láser de fibra de 40 kW de secciones de acero inoxidable de 12 a 50 mm de espesor son de 3 a 4 veces más rápidos, y las secciones de acero dulce de 12 a 30 mm de espesor son de 3 a 4,5 veces más rápidas con láser. Gracias a la productividad ultra alta, las capacidades de mayor espesor y la buena calidad de corte (cortes sin escoria, casi sin conicidad), los láseres con una potencia de 15 kW y más están reemplazando a los cortadores de plasma en un número cada vez mayor de aplicaciones.

En resumen, los láseres de ultra alta potencia en el rango de 10 a 50 kW están cambiando el panorama competitivo de los procesos de corte de metales al permitir una productividad ultra alta y un menor costo por pieza, así como un mejor rango y calidad de corte grueso. . El corte por láser UHP reduce los costos de fabricación al disminuir el consumo de gas de asistencia por pieza, reemplazando los gases de asistencia de N2 y O2 con aire comprimido mientras preserva la calidad, reduce el consumo de electricidad por pieza y reduce el espacio ocupado por la maquinaria y la cantidad de operadores de maquinaria requeridos.

Se espera que estos poderosos beneficios sean aún más convincentes a medida que los láseres de ultra alta potencia continúan aumentando en potencia y eficiencia energética, lo que amplía su capacidad para transformar las aplicaciones de corte en diferentes industrias. En unos pocos años, la potencia ultra alta de los láseres puede no parecer "ultra" después de todo.

El procesamiento láser es un campo que cambia rápidamente. Para aprender los fundamentos y obtener capacitación actualizada sobre corte por láser, soldadura por láser y otras aplicaciones de láser, incluidos más detalles sobre corte por láser de ultra alta potencia, busque las sesiones de láser de este año en FABTECH 2022 en Atlanta (8 de noviembre). -10).

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