Mejora de la eficiencia del corte por láser: tecnología y equipos

Tipos de equipos de corte por láser

La mayoría de los sistemas láser para corte de metales utilizan gas CO2 o Nd:YAG de estado sólido como medio láser. La salida del láser derrite, quema o vaporiza el material después de pasar del generador de haz a través de un sistema óptico de espejos y lentes.

A menudo se agrega oxígeno al rayo láser en el punto de contacto con el material, generalmente a presiones de 100 psi, para ayudar en el proceso de corte. La escoria producida en el corte es expulsada por gas nitrógeno alimentado a presiones de hasta 400 psi a través de orificios alrededor del cabezal del láser.

equipo de corte por láser

Los láseres se pueden utilizar para cortar láminas, materiales estructurales y tuberías. Hay sistemas láser de 5 y 6 ejes que están diseñados para operaciones de corte en piezas fundidas o mecanizadas. Al igual que una fresadora, el láser penetra una hoja de material por un lado y corta el eje del haz.

Si un corte debe comenzar en algún lugar que no sea el borde del material, a menudo se pulsa el rayo láser para crear un orificio de inicio. Los láseres pulsados ​​que proporcionan un estallido de energía de alta potencia durante un período corto son muy efectivos en algunos procesos de corte por láser, particularmente para perforación, o cuando se requieren agujeros pequeños o velocidades de corte bajas. El calor producido podría derretir toda la pieza si se usara un rayo láser constante en tales aplicaciones.

En general, hay tres tipos de máquinas industriales de corte por láser. Los láseres Flying Optics generalmente cuentan con una mesa estacionaria en la que un pórtico mueve el cabezal del láser en los ejes X e Y sobre la pieza de trabajo. Las máquinas Flying Optics son populares porque las mesas estacionarias reducen el costo de la máquina. Los límites de velocidad de corte también son más altos porque el movimiento de la óptica de menor masa se puede lograr más rápidamente que mover la masa de la mesa.

Los láseres Hybrid y Pivot-Beam usan una mesa capaz de viajar en el eje X. Debido a esto, la cabeza del láser tiene que moverse solo en las distancias más cortas de los ejes Y y Z, mejorando así la eficiencia y la velocidad.

Mejora de la eficiencia del corte por láser

Los generadores de haz mejorados y las rutas ópticas han dado como resultado mayores eficiencias que ponen una mayor potencia en el cabezal de corte. Actualmente, la mayoría de los sistemas de corte por láser pueden procesar materiales de 1 pulgada. espesores

La velocidad de procesamiento es la ventaja más significativa con los láseres, y los avances en el diseño del sistema de control de movimiento, junto con los aumentos de potencia, han llevado a mayores tasas de corte. Uno de los sistemas, el sistema de corte 2-D Syncrono fabricado por Prima North America puede producir más de mil 0,080 pulgadas. de diámetro agujeros, espaciados 0.125 pulg. aparte, en una pieza de acero dulce 0.040 en un minuto.

mejorar la eficiencia del corte por láser

Prima diseñó un pórtico en el que dos ejes cinemáticos paralelos accionados linealmente controlan el cabezal del láser para alcanzar esa velocidad. Estos ejes están separados de los motores propios del pórtico. El uso de pequeños motores y componentes de titanio hace que el cabezal sea capaz de cambiar la dirección del haz con aceleraciones de hasta 6G. La pequeña inercia del cabezal y el montaje amortiguado reducen la vibración de manera efectiva, especialmente para una máquina en la que el enorme pórtico de soporte del cabezal de corte está asegurado en un solo extremo a su eje X.

Al igual que muchas máquinas 2-D, Synchrony tiene una opción para un componente de eje rotatorio con un collar automatizado que sujeta y rota tuberías y tuberías en coordinación con el movimiento del cabezal láser. La unidad láser de CO2 de 4000 W que se usa en Syncrono es común a varias otras máquinas Prima y reside inmediatamente detrás de la mesa y el sistema de pórtico de la máquina.

Robótica en corte por láser

Las herramientas de corte por láser instaladas en robots industriales realizan cortes en 3D alcanzando y alrededor de las herramientas para cortar las características requeridas en una pieza.

Sin embargo, dicho sistema se adapta mejor a aplicaciones tales como estampados por estirado, que tienen formas complejas que requieren que el cabezal de corte logre muchas posiciones diferentes para cortar características específicas.

robótica en corte por láser

Otra aplicación prometedora es el corte de secciones de tubos hidroformados utilizados en armazones de automóviles, en los que los orificios son difíciles de perforar porque tienen secciones cerradas que limitan el acceso a la parte posterior del material. Para la mayoría de las aplicaciones robóticas de corte por láser, las piezas de aluminio y acero deben tener solo 0,02 pulg. a 0,2 pulg. (0,5 mm a 5 mm) de espesor.

Un sistema robótico de corte por láser típico acopla un brazo mecánico multieje servocontrolado con un cabezal de corte por láser montado en la placa frontal del brazo robótico. El cabezal de corte tiene óptica de enfoque para la luz láser y un mecanismo de control de altura integral. Un paquete de suministro de gas auxiliar distribuye gases de corte, como oxígeno o nitrógeno, al cabezal de corte.

La mayoría de los sistemas usan un generador de láser Nd:YAG que envía el rayo láser al cabezal de corte del robot a través de un cable de fibra óptica, mientras que otros que usan un generador de láser de CO2 emplean una disposición mecánica flexible con espejos en cada unión. El tamaño más pequeño de un robot, en comparación con la mayoría de las cortadoras láser de mesa, permite una mayor densidad de celdas de trabajo de corte láser en un área determinada, siempre que exista suficiente espacio de acceso para el cabezal de corte.

Potencia en un paquete pequeño

El láser de fibra es un avance importante que reemplaza a los láseres de CO2 y Nd: YAG en aplicaciones industriales, desde la microelectrónica hasta el corte de placas de barcos.

Una empresa de investigación de mercado, citada en una edición reciente del Wall Street Journal, ha sugerido que la mayoría de los sistemas de láser industrial utilizarán láseres de fibra.

Estos láseres comienzan con un diodo láser, un primo mucho más poderoso de los láseres que se usan en los reproductores de CD, que proporciona energía lumínica.

láser de alta potencia en corte

La luz se transmite a través de una fibra óptica al objetivo, en lugar de la óptica convencional, pasando dentro del haz de fibras a fibras más pequeñas que amplifican la energía de la luz. Las fibras están dopadas con un material de tierras raras como el iterbio o el erbio que amplifica aún más la producción de energía.

Según Bill Shiner, director de Desarrollo de Mercado Industrial del fabricante de láser de fibra IPG Photonics Corp., los sistemas de láser de fibra tienen una mayor eficiencia que los láseres convencionales. Cuestan menos de operar y requieren menos mantenimiento porque no hay elementos ópticos que alinear o contaminar y no hay consumibles que deban ser reemplazados.

Los diodos utilizados por IPG Photonics tienen una vida útil estimada de más de 100 000 horas, y la gestión térmica permite reducir el tamaño del paquete del generador de haz. La fibra óptica especial, aunque fuerte, es lo suficientemente flexible para acoplarse a un brazo robótico. Además, se pueden combinar diodos y fibras ópticas para producir una mayor potencia de salida, o combinar diferentes potencias para diferentes tareas, como cortar y soldar en un solo robot,

Muchos láseres ópticos se están adaptando con sistemas de láser de fibra. Marshall Smith, ingeniero de control de Dana Corp., describe una celda de trabajo con un láser Nd: YAG de 1600 W bombeado por diodos, cuya salida pasaba a lo largo de un brazo robótico multieje a través de una fibra de 300 micras para cortar acero dulce de 3,2 mm.

El problema, dice Smith, era que la unidad, que tenía 7 espejos adicionales más un modulador óptico, requería un mantenimiento frecuente y costoso. En septiembre pasado, el sistema se cambió a una unidad IPG de 1000 W, con salida que pasa a través de un haz de fibra de 100 micrones. Smith dice que el tiempo de ciclo por componente no cambió pero, lo que es más importante, la unidad no ha necesitado ningún ajuste desde que se instaló.

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