¿Qué es un láser de fibra? - Una breve descripción
Se puede generar un "láser" a través de varios medios activos como sólidos, vidrios, gases, semiconductores e incluso líquidos. Pero la luz láser que se genera a través de un elemento sólido como un cristal de "rubí", también conocido como "granate de aluminio itrio dopado con neodimio, (Y3Al5O12) -YAG" se llama "láseres de fibra" o "láseres de estado sólido".
Lo que es tan especial acerca de los láseres de fibra es que pueden realizar varias funciones que son clave para la fabricación industrial con alta precisión y exactitud. La más importante es “Corte por láser”, uno de los fundamentos.
Los láseres de fibra dopada Yb3+ de onda continua (CW) son los más comunes en corte por láser máquinas, ya que son extremadamente potentes. Una máquina de corte por láser de fibra de 01 µm puede cortar fácilmente acero de alta resistencia. Sin mencionar la mayoría de los otros metales y aleaciones.
A diferencia de las máquinas de corte tradicionales con algún cortador mecánico destinado a desgastarse, estos láseres no tienen tales consumibles. Por lo tanto, el bajo mantenimiento ahorra energía, costos y tiempo en los procesos de corte. Esto puede aumentar el margen de beneficio para cualquier industria.
El corte por láser está en todas partes, desde pequeñas empresas hasta la gigantesca industria automotriz y aeroespacial. Los láseres de fibra también son inherentemente adecuados para el micromecanizado, realizado a microescala. Por lo tanto, realmente lo convierte en la cara de los procesos de fabricación modernos.
¿Cómo funciona la máquina de corte por láser de fibra?
Los cortadores láser de fibra utilizan corte térmico para cortar varios metales y no metales. Implica los siguientes pasos.
Primero, se dispara un rayo láser de alta intensidad desde el generador láser a la pieza de trabajo. El rayo láser generalmente alcanza una temperatura alta cercana a 10000-11000 ℃ (19500 ℉), suficiente para derretir o vaporizar cualquier material.
Los detalles de la ubicación y la forma del corte se alimentan a través de un sistema de control numérico que guía el láser.
A medida que el láser entra en contacto con el material, lo derrite o gasifica rápidamente, y el gas auxiliar presurizado se lanza al punto de contacto, lo que elimina los desechos.
El proceso continúa hasta que se logra la forma deseada.
Las máquinas de corte por láser vienen en muchas formas y tamaños, pero el fenómeno detrás de su funcionamiento principal es el mismo. Estos son algunos de los componentes cruciales de una máquina de corte por láser.
1. Fuente láser de la máquina
La fuente láser es el corazón de cualquier máquina de corte por láser. Una unidad separada generalmente crea un láser alimentado al cabezal de corte. La investigación muestra que el láser de fibra dopada Yb3+ de iterbio produce láseres de alta intensidad que van desde 900 nm a 1200 nm. Tener una amplia gama de longitudes de onda significa que varios materiales pueden absorber el láser.
Esta fuente es excelente para cortar alta resistencia, carbono, aleaciones, etc. Puede = producir más de 10 KW de potencia que es lo suficientemente intensa para cortar placas delgadas (<5 mm) así como placas gruesas (5 mm-40 mm)
Sin embargo, las fuentes de láser de fibra dopada con tulio Tm3+ y holmio Ho3+ pueden cortar materiales no metálicos y transparentes. La unidad fuente está unida a la unidad principal a través de conectores resistentes, enchufes de amplificador, enchufes de codificador, etc.
2. Componentes eléctricos y Sistema de Control Numérico
El control numérico y la electrónica son lo que podría llamarse el “cerebro” de las máquinas de corte por láser. Los componentes principales son servomotores eléctricos, interruptores, sistemas operativos, etc. Aquí se ingresan todos los datos sobre las características del rayo láser y los detalles de la pieza que se mecanizará próximamente.
Un panel de control LED fuera de la máquina obtiene datos del operador a través de archivos de fabricación asistida por computadora (CAM). Este sistema de control alimenta todos los datos de potencia de salida, velocidad de corte, ángulos de corte, profundidad de corte, etc.
Después de eso, guía el cabezal de control y los rieles durante el proceso de corte. Con la llegada del control numérico por computadora (CNC), la precisión del corte por láser aumenta en múltiples formas, tanto que el único factor limitante del corte por láser es el sistema de accionamiento.
3. Sistema de pórtico y piezas auxiliares
Cada máquina láser de fibra de tamaño industrial tiene un sistema de pórtico, una entrada mecanizada que ayuda a mover la cabeza del láser en un espacio tridimensional. El sistema de pórtico consta de rieles, cadenas y motores que ayudan a guiar el cabezal del láser.
Se ha realizado una investigación constante para mejorar el sistema de pórtico para láser de fibra para reducir el tiempo de la máquina y mejorar la eficiencia.
Otras partes incluyen la mesa de trabajo (mesas de trabajo) que mantiene unida la pieza de trabajo. Algunas máquinas de corte por láser de fibra tienen mesas grandes que podrían compensar láminas de metal de 12 metros de largo y transportar hasta 9 toneladas de peso. Muchas máquinas de corte por láser también tienen un sistema de escape que elimina los gases tóxicos del recinto.
4. Cabezal de corte por láser de fibra
El cabezal de corte por láser de fibra es un dispositivo que dispara un láser sobre la pieza de trabajo. Cuenta con un complejo sistema de espejos (máquinas láser tradicionales) o fibras ópticas que guían el rayo láser a través de la boquilla.
Las boquillas son un componente importante del cabezal del láser que controla el haz de luz. No solo dirige el láser, sino que también da la dirección para descargar el gas que expulsa el material fundido.
Las boquillas se pueden ajustar manualmente y tienen mucha influencia en la calidad del corte. Se calibra cuidadosamente antes para evitar la falta de penetración que puede provocar la fusión del material. Se utilizan boquillas de diferentes diámetros para cortar varios espesores.
El cabezal láser es una pieza móvil guiada por un sistema de pórtico. Típicamente, la cabeza del láser puede moverse en un espacio tridimensional. Pero en casos especiales, los cabezales láser están diseñados para moverse en un ángulo de 45 grados, lo que ayuda a crear cortes en forma de bisel. Estas placas de metal están destinadas a ser soldadas más adelante. Ahorra mucho dinero, mano de obra y tiempo que de otro modo se dedicaría a crear biseles.
Otras características reguladas por el cabezal láser son la intensidad del haz, la posición del foco del haz, la velocidad de corte, el avance de corte, la presión del gas, etc.
La potencia de corte, la velocidad y el avance correctos pueden hacer o deshacer sus procesos de fabricación. Al igual que una máquina mecánica tradicional, una máquina de corte por láser viene con un gráfico detallado que define las características de un láser adecuado para un material en particular.
Toda la estación de trabajo está protegida por una cubierta metálica que le da a la máquina de corte por láser un ambiente cerrado. Esto protege el rayo láser y la pieza de trabajo de factores externos como el aire y el polvo. También protege los ojos humanos ya que los rayos invisibles son peligrosos.
Diferencia entre el láser de CO2 y la máquina de corte por láser de fibra
Cuando se trata de corte por láser, se destacan dos tecnologías. Láseres de fibra y CO2. Ambos tienen el mismo propósito pero tienen diferentes capacidades de corte. Discutamos brevemente sus diferencias para seleccionar la mejor opción para sus necesidades.
La diferencia crítica entre los dos es la fuente de producción del láser. A Láser de CO2 tiene una cámara de vidrio llena de gas dióxido de carbono expuesta a una alta corriente eléctrica. Este proceso excita el gas y da como resultado la liberación de rayos infrarrojos. Con la ayuda de espejos, estos infrarrojos se amplifican lo suficiente como para atravesar objetos.
En un láser de fibra, un cristal (granate de itrio y aluminio dopado con neodimio - YAG) está envuelto por un tubo de destello que alimenta energía luminosa al cristal. Esto excita los átomos en el cristal, que liberan fotones de alta energía. Estos fotones de alta energía se dirigen a través de fibra óptica, creando un potente láser.
Ambos tipos de láser tienen su significado. Los láseres de CO2 son relativamente más antiguos, pero aún se utilizan debido a sus excepcionales capacidades de corte de metales.
| Proceso de manufactura | Laser CO2 | láser de fibra |
| Velocidad de corte Grosor <8 mm | Lenta | Rápido |
| Velocidad de corte total | Rápido | Rápido |
| Cortar bordes afilados | Menor eficiencia | mayor eficiencia |
| Corte de chapa | Menor compatibilidad | Mayor compatibilidad |
| Corte de materiales orgánicos | Mayor compatibilidad | Menor compatibilidad |
| Metal grabado | No | Sí |
| Grabado de otros materiales | Sí | Sí |
| Sistema de conducción | Portal | Galvo y Gantry |
| Costo de mantenimiento | Más alto | Más Bajo |
| Costo operacional | Más Bajo | Más alto |
| Costo de compra | Más Bajo | Más alto |
Una máquina de corte por láser de fibra es mejor para cortar metales, especialmente aquellos con superficies brillantes. La alta reflexión tiende a plantear un problema para las máquinas láser más antiguas porque la mayor parte del haz se refleja. Pero el cortador láser de fibra tiene un foco de haz nítido que ayuda a penetrar la mayoría de los metales y aleaciones. El láser de CO2 tiene una mejor compatibilidad de materiales con algunos materiales metálicos y orgánicos.
| Corte por láser | Material | Láser de fibra | Láseres de CO2 |
| Metales | Acero de alta resistencia | Sí | Sí |
| Acero dulce | Sí | Sí | |
| Latón | Sí | No | |
| Cobre | Sí | No | |
| Aluminio | Sí | No | |
| No metales | Glass | No | Sí |
| Acrylic | No | Sí | |
| Madera | No | Sí | |
| Caucho | No | Sí | |
| Cuero | No | Sí | |
| composites | Sí | No |
Dado que la mayoría de las industrias manufactureras se ocupan del acero y los metales, el corte por láser de fibra tiene más mercado.
Cuando se trata de costos, no hay una respuesta simple. Los láseres de fibra de alta potencia son más caros que las máquinas de corte por láser de CO2 promedio. Pero los láseres de CO2 tienen tubos consumibles que necesitan reemplazo generalmente después de 20000 horas de funcionamiento. Además, consume más energía durante una ejecución típica que los láseres de fibra. Por lo tanto, el costo operativo y de mantenimiento se suma. Para proyectos continuos y a largo plazo, los expertos prefieren máquinas de corte por láser de fibra.
Cosas a considerar antes de comprar su primera máquina de corte por láser de fibra
1. Consideración Material
El tipo de material que fabrique es de suma importancia. Algunos materiales se benefician del corte por láser de fibra y dan excelentes resultados, mientras que otros no. Las máquinas de corte por láser de fibra funcionan mejor en trabajos de chapa y materiales con alta reflexión. Aprender más sobre ¿Qué materiales puede cortar un láser de fibra??
2. Tasa de uso y producción
Si su industria requiere una alta tasa de producción y la fabricación de piezas complejas, entonces el corte por láser de fibra es adecuado. De lo contrario, no podrá cubrir el costo de la compra. Sugeriría una máquina láser de CO2 para cortar y un láser de fibra para grabar para los aficionados que desean una máquina láser para sus proyectos de jardín.
3. Acabado de superficies
En cuanto al material más grueso, los láseres de fibra pueden no tener los mejores cortes, lo que costará dinero y tiempo en el posprocesamiento del proyecto. Sin embargo, los láseres hacen cortes de última generación para trabajos de chapa y fibra de placa más delgada.
Principales aplicaciones de las máquinas de corte por láser de fibra
1. Industria de la robótica
Las máquinas de corte por láser y la robótica tienen una relación profunda. Muchas máquinas de corte, soldadura, marcado y perforación por láser admiten un brazo robótico que automatiza la fabricación.
Incluso es útil en la fabricación de piezas pequeñas e intrincadas utilizadas en robots que son imposibles de crear con cortadores tradicionales. El corte por láser combinado con CNC ha revolucionado el mundo.
2. Industria automotriz
La demanda de automóviles es cada vez mayor, al igual que la necesidad de procesos de fabricación eficientes. Debido a su alta precisión y plazos de entrega más cortos, muchos industria del automóvil Las empresas han cambiado a máquinas de corte por láser de fibra para cortar piezas de automóviles hidroformadas.
3. Industria aeroespacial
El industria aeroespacial se trata de uno de los diseños más sofisticados que necesitan precisión. Muchas máquinas tradicionales afectan la integridad del material durante el corte. Esto plantea un problema de seguridad. El corte por plasma es un ejemplo de esto.
Sin embargo, el corte por láser de fibra ha resuelto este problema porque es naturalmente bueno en cuanto a disipación térmica, corte exacto y tolerancias mínimas.
Ventajas y desventajas de la máquina de corte por láser de fibra
1. Alta precisión y exactitud
El láser de fibra enfoca una gran densidad de potencia en un punto pequeño, derritiendo el material y formando un pequeño poro. A medida que el láser se mueve, el material se corta uniformemente sin deformación ni rebaba de molino en los bordes Dado que la longitud de onda de un láser de fibra es de solo 1 micrómetro, en comparación con el láser de CO2 que tiene una longitud de onda de 10.7 micrómetros, se puede cortar cualquier forma compleja con una precisión superior.
El corte por láser de fibra puede alcanzar una precisión dimensional de ±0.5 mm. La zona afectada por el calor es muy pequeña y la unidad final requiere un mecanizado mínimo o nulo antes de usarla directamente.
2. Velocidad de corte
El corte por láser de fibra es más rápido que las técnicas láser tradicionales. En cuanto a láminas finas, ninguna otra técnica de corte es comparable a los láseres de fibra. Al comparar las velocidades de corte de los láseres de fibra y CO2, vemos que un láser de fibra de 2000 W puede cortar tan rápido como un láser de CO6000 de 2 W.
A medida que avanza la tecnología de láser de fibra, no pasará mucho tiempo hasta que veamos una máquina de alta potencia de láser de fibra cortando materiales gruesos a una velocidad que no se puede comparar con ninguna otra tecnología.
3. Corte sin contacto
Una herramienta de corte sin contacto significa que no hay necesidad de reemplazar la herramienta de corte debido al desgaste. No es necesario considerar la dureza de la herramienta antes de procesar cada material nuevo porque los rayos láser pueden cortar muchos tipos de materiales.
4. Alta adaptabilidad y flexibilidad
Con control y automatización CNC, los rayos láser se pueden ajustar y optimizar para cortar diseños complejos y bordes intrincados. El haz compacto que empaqueta una inmensa potencia da como resultado una zona mínima afectada por el calor que no deforma la forma del producto final.
5. Consumo de energía reducido
Las máquinas láser de fibra consumen un 50% menos de energía que las máquinas de corte por CO2. En comparación con los láseres de CO2, las máquinas láser de fibra no requieren un alto mantenimiento ni reparaciones costosas. El diseño es más eficiente, compacto y tiene una menor huella de carbono. Las máquinas láser de CO2 necesitan al menos 10 minutos para calentarse antes de procesar el material. Por el contrario, una máquina láser de fibra puede iniciar el proceso de inmediato.
La capacidad de procesar diferentes materiales más rápido hace que los láseres de fibra sean adecuados para fabricantes y productores de gran volumen.
6. Variedad de materiales
Durante mucho tiempo, los materiales reflectantes supusieron un desafío para las máquinas de corte por láser. Aún así, los láseres de fibra pueden procesar de manera eficiente materiales altamente reflectantes como aluminio, cobre, plata, oro y acero inoxidable pulido. Atrás quedaron los días en que el corte por láser no era adecuado para placas gruesas. Debido a una amplia gama de potencias de láser, los láseres de fibra pueden procesar placas más gruesas a una velocidad comparable al corte por láser de CO2.
Aparte de los metales, los láseres de fibra pueden procesar acrílicos, polioximetileno, poli (metacrilato de metilo), lucita y caucho. Consulte nuestro artículo para obtener más información sobre qué materiales pueden o no cortar los láseres de fibra.
7. Inversión costosa
El único inconveniente de las máquinas de corte por láser de fibra es su alto costo de inversión. El láser de fibra es 2-3 veces más costoso que el CO2. Pero considerando que es solo una inversión única que ofrece beneficios mucho más significativos que cualquier otra tecnología láser, los láseres de fibra son rentables a largo plazo.
Las máquinas láser de fibra no requieren mantenimiento regular ni altos costos operativos. Un láser de fibra de 3000 W consume aproximadamente 10 kW de energía eléctrica. Por otro lado, la máquina láser de CO4000 de 2 W equivalente consumirá energía de hasta 250 kW. Esto hace una gran diferencia en las facturas anuales de electricidad entre ambas máquinas.
Además, debido a su diseño eficiente, una máquina láser de fibra puede durar toda la vida.
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