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Jun 05, 2023

Los láseres de alta potencia tienen demanda para todo tipo de necesidades de corte, no solo para materiales gruesos.

Los fabricantes no tienen que ser expertos en tecnología de corte por láser de fibra para saber que si pueden cortar una placa de 0,25 pulgadas con un láser de 4 kW, pueden cortarla más rápido con una fuente de energía láser de 8 kW. Ahora piense en lo que pueden hacer con una máquina de corte por láser de fibra de 12 kW. ¿Qué tal uno de 15 kW?

Esas opciones están disponibles para los fabricantes de metal hoy en día, pero sería un error centrarse únicamente en el corte de metal grueso con estos nuevos láseres de fibra de alta potencia. Estas máquinas de 10, 12 e incluso 15 kW pueden hacer mucho más que cortar materiales gruesos, incluso si eso es lo primero que le viene a la mente a un fabricante de metal cuando habla de estas poderosas máquinas herramienta. La realidad es que una gran mayoría de las empresas de fabricación de metal en América del Norte procesan metal de 0,25 pulgadas o menos. Simplemente no hay muchos talleres que requieran corte por láser de metales especiales muy gruesos para reactores nucleares. Ese tipo de aplicaciones no son abundantes.

La historia de la tecnología láser de fibra de alta potencia se trata de disminuir el tiempo de proceso en el corte por láser. Es por eso que vemos fabricantes de metal que compran una máquina de corte por láser de alta potencia para reemplazar dos o incluso tres láseres más antiguos. Pueden sacar piezas de la cama de láser más rápido y más barato que nunca antes.

Fue solo a mediados de la década de 2000 cuando las máquinas de corte por láser de CO2 de alta potencia se consideraron la herramienta necesaria para procesar la placa de manera rápida y eficiente para la creación de kits de blindaje para vehículos de tropas estadounidenses desplegados en Afganistán e Irak. Los artefactos explosivos improvisados ​​eran una gran amenaza, y los kits protegían al personal militar de una manera que los vehículos de transporte desnudos no podían.

Solo unos años más tarde debutó la tecnología láser de fibra y su tasa de adopción se disparó a mediados de esta década. Sin la necesidad de preocuparse por la limpieza del espejo o la lente, las revisiones de los fuelles y las alineaciones de los haces, los fabricantes encontraron una nueva herramienta de corte que requería poco mantenimiento y que costaba aproximadamente la mitad de lo que costaba operar un sistema de CO2.

El láser de fibra también produce una longitud de onda del haz que es aproximadamente 10 veces más corta que la longitud de onda del haz de 10 micrones asociada con un resonador de CO2. Este haz enfocado produce una mayor densidad de potencia que, cuando se combina con la mayor tasa de absorción de la tecnología, se traduce en una velocidad de corte que supera con creces la de un láser de CO2, especialmente en espesores de material inferiores a 0,25 pulgadas.

Con la tecnología de láser de fibra, los fabricantes pueden aumentar la potencia de estas máquinas herramienta con la adición de módulos de producción de láser. (En los módulos, la luz emitida por los diodos semiconductores se excita en fibra óptica dopada con iterbio hasta que se produce el láser; todos los módulos se empalman en una fibra activa, que luego se usa para emitir el rayo láser). El aumento de potencia se ha producido tan rápidamente: Desde un punto de vista puramente tecnológico, añadir potencia no es complejo. De hecho, los sistemas de soldadura por láser de fibra hoy en día pueden superar los 100 kW en algunos casos.

La razón por la que los fabricantes no tienen sistemas de 100 kW en sus plantas de producción es que los sistemas de entrega de haz simplemente no pueden manejar tanta potencia. Es por eso que se está investigando tanto en el diseño de cabezales de corte. Cada fabricante de sistemas de corte por láser busca producir un cabezal de corte confiable que pueda entregar el rayo láser de fibra durante un período prolongado en condiciones de corte difíciles, lo que es más probable que ocurra cuando se cortan materiales gruesos.

En los últimos años, esos mismos fabricantes de máquinas herramienta han desarrollado ópticas de cabezales de corte que pueden modular el tamaño del haz durante el corte. Este desarrollo tecnológico ha hecho que las máquinas de corte por láser de fibra dejen de ser estrictamente una herramienta para cortar chapas finas. A medida que el material se vuelve más grueso, se necesita una viga más ancha para crear más corte y poder eliminar el metal fundido.

Qué significan los láseres de fibra de alta potencia para un taller de fabricaciónQué significan los láseres de fibra de alta potencia para un taller de fabricaciónEntonces, ¿qué potencia de láser de fibra necesita un fabricante? Una empresa debe considerar el rango de espesor típico que constituye el 80 por ciento de su trabajo. Si es un calibre realmente delgado, probablemente no se necesite un láser de 15 kW. (Incluso si un taller tuviera un láser de fibra de 15 kW, reduciría la potencia a 6 kW y cortaría ese material delgado a una velocidad muy rápida y a bajo costo).

Estas son algunas reglas generales para cortar metales comunes como acero, acero inoxidable o aluminio con nitrógeno:

Hasta calibre 9: de 6 a 8 kW

0,25 a 0,75 pulg.—8 a 10 kW

Más de 0,75 pulg.: de 8 a 15 kW

Tenga en cuenta que un fabricante con una máquina de alta potencia puede producir más piezas por hora y el costo de la pieza se desploma a medida que aumenta la potencia. Pero esto ocurre solo si la máquina de corte por láser es lo suficientemente rápida como para maximizar la potencia de la máquina.

Los costos operativos probablemente aumentarán a medida que aumente el nivel de potencia en una máquina de corte por láser de fibra. En general, duplicar la potencia aumenta los costos operativos del láser entre un 20 y un 30 por ciento. Por eso es tan importante que el láser de fibra funcione con la máxima eficiencia, de modo que el tiempo de ciclo parcial pueda reducirse para compensar los costos operativos más altos. Al disminuir el tiempo del ciclo, un fabricante puede reducir el impacto de los costos fijos y variables y aumentar la rentabilidad.

Afortunadamente, los láseres de fibra cortan rápido. Solo mírelos subir y bajar una pieza de chapa en una feria comercial. Desafortunadamente, la mayoría de los fabricantes no cortan piezas que presenten líneas largas y rectas. Están cortando pequeños agujeros y formas geométricas únicas. En esta realidad, un fabricante necesita una aceleración rápida para aprovechar las velocidades lineales de la máquina.

Por ejemplo, una máquina 1G que acelera a 32,2 pies por segundo cuadrado es fácilmente superada por una máquina 2G, que acelera al doble de velocidad. Cuando las G se duplican, la máquina necesita la mitad del tiempo y la mitad de la distancia para alcanzar la misma velocidad programada.

La velocidad a la que la máquina puede desacelerar al entrar y acelerar al salir de las esquinas y los arcos cerrados a menudo tiene un mayor impacto en el tiempo del ciclo que la potencia del láser o la velocidad máxima de la máquina. La aceleración es vital.

Para mayor ilustración, considere el corte por láser de aluminio de calibre 20 con un láser de 4 kW que puede cortar a una velocidad de alrededor de 2250 pulgadas por minuto. Si el fabricante está cortando un 3-in. línea con una máquina 1G, ese láser de 4 kW nunca acelerará a la velocidad de corte potencial antes de que tenga que comenzar a desacelerar. Mientras tanto, una máquina 6G estará a la velocidad de corte para 2,4 pulgadas de las 3 pulgadas. línea.

Cuando se habla de la eficiencia de corte, también es útil tener en cuenta la velocidad de desplazamiento rápido y la aceleración. Esto implica el movimiento del cabezal de corte cuando el láser no está en uso, lo que representa aproximadamente del 15 al 25 por ciento del movimiento del cabezal de corte sobre cada hoja o placa. Las máquinas que ofrecen velocidades de desplazamiento rápido más altas, superiores a 12 000 IPM, requieren una aceleración alta para utilizar las velocidades de desplazamiento rápido altas.

Muchos de los cambiadores de tarimas que se ofrecen hoy en día fueron diseñados para funcionar con láseres de CO2, que cortan a velocidades mucho más lentas en comparación con los láseres de fibra. Lo más probable es que utilicen sistemas hidráulicos y pueden tardar de 35 a 50 segundos en cambiar una sábana.

Los cambiadores de paletas más modernos se basan en tecnología servoaccionada y pueden cambiar una paleta en menos de 10 segundos. Si una operación de fabricación normalmente cambia las hojas de seis a diez veces por hora, un cambiador de tarimas moderno puede agregar de una a dos horas de tiempo de corte por semana que, de otro modo, no estaría disponible con una tecnología de manejo de materiales más lenta.

Cuando se trata de seleccionar la tecnología del cambiador de paletas, un fabricante debe seleccionar uno que pueda manejar el material más grueso y pesado que procesa. Una de 1 pulgada, 5 por 10 pies. la placa pesa 2,100 lbs. Para la mayoría de las tiendas, un cambiador de tarimas con un peso de 2,200 lb. la capacidad debe ser suficiente. Cualquier cosa que supere ese grosor requiere un sistema resistente diseñado para manejar cargas mucho más pesadas.

No todos los fabricantes de metal necesitan un láser de alta potencia, especialmente si no tienen suficiente trabajo para cargar su máquina de corte por láser actual. Por ejemplo, si no se espera que la carga de trabajo de corte por láser del taller crezca y consuma solo la mitad de un turno de trabajo, entonces pagar por un láser más potente para reducir la carga de trabajo a un cuarto de turno probablemente no genere un buen rendimiento. en inversión

Pero si los fabricantes de metal están maximizando su capacidad actual de corte por láser y buscan posiblemente agregar otro turno, definitivamente deberían echar un vistazo a los láseres de alta potencia. Esto es especialmente cierto si utilizan tecnología láser más antigua.

Las máquinas de corte por láser de fibra de alta potencia de hoy en día pueden reemplazar dos o tres láseres más antiguos. En una época en la que los fabricantes luchan por encontrar operadores confiables y experimentados, en realidad pueden invertir en un láser rápido y eficiente y reducir la cantidad de operadores láser necesarios, desplegándolos en otros trabajos importantes en el taller.

Las máquinas de corte por láser de fibra seguirán aumentando su potencia si el cabezal de corte y la tecnología de manejo de materiales pueden complementar el aumento de potencia. Los fabricantes aprovecharán el poder si pueden alimentar estas voraces máquinas de corte. Material grueso o delgado, no importa.

Brian Kent es cofundador de Fairmont Machinery, 833-667-7889, [email protected], www.fairmontmachinery.com, un distribuidor de láseres de fibra Eagle.