Ultra

Jan 03, 2024

Con la introducción de los láseres de fibra de nivel de kilovatios a principios de la década de 2000 y su posterior integración en herramientas de corte a finales 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 de capital y operación en comparación con la tecnología láser anterior, sus altas velocidades de corte y la posibilidad de aumentar su potencia. El mercado de corte por láser ha crecido más del 10 por ciento anualmente en la última década, más del doble que 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 potencia ultraalta (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 la sala de exposición de FABTECH o en sus seminarios educativos, uno habría notado que la potencia máxima disponible para el corte ha aumentado drásticamente de 6 kW en 2016 a 40 kW en 2022, un casi siete veces en seis años. Sólo 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 sus pruebas en el campo; y el lanzamiento de láseres de fibra UHP de alta eficiencia con eficiencias eléctricas de más del 50 por ciento, que ofrecen importantes ahorros de energía para aplicaciones de corte de alta potencia con ciclos de trabajo elevados.

La superposición de tres avances importantes en los últimos años ha hecho factible la tendencia de corte UHP, a saber, la reducción del costo/kW de potencia de los láseres de fibra, la disponibilidad de cabezales de corte que pueden manejar la potencia ultraalta del láser y un mejor conocimiento de la ingeniería de aplicaciones. en materia de 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 menor. La velocidad de corte de la mayoría de los espesores de acero inoxidable, por ejemplo, se cuadriplica con creces al aumentar la potencia de 6 kW a 15 kW, mientras se utiliza la misma presión de gas auxiliar y el mismo tamaño de boquilla (es decir, el mismo flujo de gas) tanto en cortes de baja como de alta potencia. , lo que lleva a una reducción múltiple en el uso de gas y otros costos operativos.

Los láseres UHP también permiten cortar sin escoria acero al carbono grueso y acero inoxidable con aire a alta presión en lugar de nitrógeno, que es más costoso, o corte con oxígeno, que es mucho más lento. El corte con gas asistido por aire es significativamente más rápido que el corte con oxígeno con altas potencias del 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 sólo de aproximadamente 2 m/min cuando se utiliza 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 salto de potencia de 2,5 veces. Este aumento de velocidad genera fácilmente una caída 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 dos veces más caro, ya que el coste de la fuente láser por kilovatio disminuye al aumentar la potencia del láser y el mayor coste del láser se absorbe en el coste 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, falta de desgaste de la herramienta, corte sin contacto y capacidad de cortar paredes delgadas e intrincadas). La ventaja del punzonado frente a cualquier proceso de corte de perfiles, como el láser, suele estar en la fabricación en masa de piezas de geometrías relativamente simples, para las cuales el coste inicial de herramientas puede justificarse. Sin embargo, a medida que la industria de fabricación exige cada vez más flexibilidad, las altas velocidades de corte proporcionadas por los láseres UHP han cambiado la consideración de costos entre el láser y el punzonado a favor de los láseres.

Antes del auge de los láseres de alta potencia, la suposición común era que los láseres eran más adecuados para cortes más finos, mientras que los plasmas apuntaban a cortes más gruesos. Aunque los plasmas funcionan bien para cortar metales gruesos, el espectacular aumento de la potencia del láser en los últimos seis años ha elevado el límite percibido entre el espesor del láser y el 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 suave de 12 a 30 mm de espesor son de 3 a 4,5 veces más rápidas con láser. Gracias a una productividad ultra alta, mayores capacidades de espesor y una buena calidad de corte (sin escoria y casi sin conos), los láseres con 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 potencia ultraalta en el rango de 10 a 50 kW están cambiando el panorama competitivo de los procesos de corte de metales al permitir una productividad ultraalta y un menor costo por pieza, así como un mejor alcance y calidad del corte grueso. . El corte por láser UHP reduce los costos de fabricación al disminuir el consumo de gas auxiliar por pieza, reemplazar los gases auxiliares N2 y O2 con aire comprimido y al mismo tiempo preservar la calidad, reducir el consumo de electricidad por pieza y reducir las huellas de la maquinaria y la cantidad de operadores de maquinaria necesarios.

Se espera que estos poderosos beneficios sean aún más convincentes a medida que los láseres de potencia ultraalta continúen aumentando en potencia y eficiencia energética, lo que amplía su capacidad para transformar aplicaciones de corte en diferentes industrias. Dentro de unos años, la potencia ultraalta de los láseres puede que ya no parezca “ultra” después de todo.

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

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