Imagine cortar formas 3D complejas con la precisión de un láser. Este artículo se sumerge en los últimos avances de las máquinas de corte por láser 3D, destacando su flexibilidad, precisión y eficiencia en diversos sectores como el automovilístico y el aeroespacial. Descubra cómo estas innovaciones están revolucionando los procesos de fabricación y qué depara el futuro para esta tecnología de vanguardia. Tanto si es un entusiasta de la tecnología como un profesional del sector, obtendrá información valiosa sobre las tendencias actuales y los avances futuros del corte por láser en 3D.
El corte por láser es la tecnología más antigua y más utilizada en el campo del procesamiento por láser, y representa más del 70% de todo el campo. Se utiliza ampliamente en industrias como la maquinaria, la automoción, la aeroespacial, la textil ligera, la alimentaria y el tratamiento médico.
El corte por láser tradicional se limitaba principalmente al corte plano. Con el desarrollo de corte por láser el mecanizado de piezas tridimensionales de forma libre.
Desde que se instaló el primer detector de CO2 La máquina de corte por láser 3D fue desarrollada por Prima en 1979, las máquinas de corte por láser 3D han sido favorecidas por su gran flexibilidad, alta precisión, requisitos mínimos de equipamiento de herramientas y corto tiempo de preparación de la producción.
En la actualidad, se utilizan ampliamente para procesar piezas de trabajo en 3D en industrias como la automovilística, la de fabricación mecánica y la aeroespacial.
Para garantizar la calidad del procesamiento y utilizar eficazmente la energía del rayo láser en el corte por láser 3D, el cabezal de corte debe moverse a lo largo de una trayectoria espacial predeterminada mientras su eje de rayo láser permanece perpendicular a la superficie de la pieza que se está cortando.
Por lo tanto, las máquinas de corte por láser 3D suelen requerir al menos 5 ejes, incluidos tres ejes de movimiento lineal (X, Y, Z) y dos ejes giratorios (dos de los ejes A/B/C). Actualmente, existen dos estructuras básicas de máquinas de corte por láser 3D, de tipo pórtico y de estilo robótico, disponibles en el mercado comercial.
La primera suele tener una bancada o mesa de trabajo que proporciona movimiento lineal a lo largo de los ejes X, Y y Z, mientras que el cabezal de corte proporciona los dos ejes de movimiento rotatorio (o de giro) restantes.
Este último utiliza la transmisión por fibra (o brazo articulado con espejos reflectantes internos) para integrarse con robots y realizar cortes láser en 3D.
En la tabla 1 se comparan los resultados de ambos.
Tabla 1: Comparación del rendimiento de las máquinas de corte de pórtico y robotizadas.
| Rendimiento | Estilo pórtico | Estilo robótico |
| Espacio de trabajo | Grande | Pequeño |
| Velocidad de procesamiento | Alta | Pequeño |
| Precisión de procesamiento | Bajo | Bajo |
| Capacidad para acercarse a la zona de tratamiento | Pobre | Bien |
| Superficie | Grande | Pequeño |
El láser de alta potencia es un componente crítico de los equipos de corte por láser. Según el tipo de láser utilizado, las máquinas de corte por láser 3D suelen dividirse en tres categorías: máquinas de corte por láser de fibra, máquinas de corte por láser de CO2 y máquinas de corte por láser YAG.
La principal comparación de rendimiento de los tres tipos de máquinas de corte por láser se muestra en la Tabla 2.
Cuadro 2: Comparación del rendimiento de la fibra, el CO2y máquinas de corte por láser YAG.
| Rendimiento | Corte por láser de fibra Máquina | Máquina de corte láser CO2 | Máquina de corte láser YAG |
| Tipos de material de procesado | Metal | Metálico, no metálico | Metal |
| Velocidad de corte | Alta | Relativamente alto | Bajo |
| Precisión de corte | Alta | Alta | Relativamente alto |
| Eficacia de conversión fotoeléctrica | Alrededor de 30% | Alrededor de 10% | Alrededor de 3% |
| Coste del equipo | Medio | Alta | Bajo |
| Daño al cuerpo humano | Alta | Bajo | Medio |
| Posicionamiento en el mercado | Procesamiento de alta precisión de placas finas con un grosor de ≤12 mm | Procesamiento de placas delgadas con un espesor de ≤8mm de alta reflexión materiales. | Transformación de metales y múltiples no metálico chapas con espesores de 6-25 mm. |
Actualmente, en el mercado comercial, las máquinas de corte láser de fibra y las máquinas de corte láser de CO2 son los principales tipos de máquinas de corte láser 3D.
En comparación con el CO2 corte por láser y corte por láser YAG, el corte por láser de fibra presenta ciertas ventajas en cuanto a eficacia de corte, eficacia de conversión de energía fotoeléctrica, estructura de la trayectoria óptica, coste de mantenimiento, precisión de corte, etc.
En los últimos años, el desarrollo de máquinas de corte por láser de fibra ha sido rápida, sustituyendo gradualmente a las tradicionales máquinas de corte por láser de CO2 y convirtiéndose en la nueva corriente dominante del mercado.
En la actualidad, entre los fabricantes extranjeros más conocidos que producen máquinas de corte por láser de fibra tridimensional se encuentran la alemana Trumpf, la italiana Prima Power, la estadounidense PREISER, así como las japonesas Komatsu, NTC, Koike, Mitsubishi, AMADA y MAZAK.
Entre ellos, TruLaser Cell 3000, TruLaser Cell 5030, TruLaser Cel 8030 de Trumpf, Rapido de Prima Power, Laserdyne 75G, la serie TLH-N de Komatsu, y LCG3015AJ II de AMADA y otros productos de máquinas tridimensionales de corte por láser de fibra tienen una gran visibilidad.
La máquina herramienta de procesamiento láser de cinco ejes TruLaser Cell 3000 adopta una estructura modular y puede utilizar diversos láseres. Puede realizar procesos de soldadura, corte y mecanizado. revestimiento láser sustituyendo el cabezal de procesamiento láser. También es fácil lograr la automatización de la máquina herramienta y puede satisfacer las necesidades de la producción en masa. La precisión de posicionamiento es relativamente alta, con una precisión de posicionamiento del eje XNZ de ± 0,015 mm y una precisión de posicionamiento de los ejes A, C de 0,02°.
La máquina de corte láser 3D TruLaser Cell 8030 es adecuada para el corte rápido de paneles laterales de vehículos termoformados a gran escala. Su rango de movimiento del eje X/Y/Z es de 3000mm/1300mm/600mm, y la aceleración del eje es de 4g. También adopta una mesa de procesamiento giratoria optimizada, que reduce en gran medida el tiempo de no producción y mejora la eficiencia y la productividad, como se muestra en la Figura 1.
La máquina de corte por láser de 5 ejes Rapido 3D utiliza un láser de fibra de 2,0-4,0 kW, que proporciona un procesamiento flexible para diversos tipos de corte y aplicaciones de soldadura. La máquina incorpora un sistema de prevención de colisiones, así como una transmisión directa que elimina el retroceso y el desgaste.
La máquina de procesamiento láser multieje Laserdyne 795 utiliza superficies de mecanizado de alta precisión y tornillos de accionamiento de gran diámetro y alta rigidez, lo que proporciona una gran precisión mecánica y la hace adecuada para aplicaciones de corte de alta velocidad. También es compatible con diferentes tipos de láser como la fibra, el CO2y YAG, como se muestra en la imagen 2.
La serie TLH-N 3D de ultra alta velocidad 5 ejes La máquina de corte por láser de control se caracteriza por su alta rigidez, alta velocidad (velocidad de avance rápido del eje X/Y/Z de 100m/min, velocidad de avance rápido del eje A/C de 540°/s), buena operabilidad y diseño abierto de un solo lado con alta accesibilidad.
La máquina de procesamiento láser de fibra de alta eficiencia LCG3015AJⅡ tiene una velocidad de desplazamiento rápido de hasta 170m/min y una velocidad de avance de mecanizado de 120m/min. Cuenta con una alta eficiencia de producción, buena escalabilidad y una nueva solución de mejora digital para transformación de chapaDesde la mejora de los procesos hasta la reforma de las fábricas, como se muestra en la imagen 3.
La industria china del láser industrial comenzó relativamente tarde, y existe un importante desfase en la investigación y el desarrollo de la tecnología de corte por láser comercial en comparación con los países desarrollados. Con el gobierno chino en la lista tecnología de procesamiento láser como proyecto clave de investigación científica y tecnológica, ha surgido un gran interés en el sector, y cada vez más empresas e instituciones de investigación han iniciado la investigación tecnológica pertinente.
Actualmente, varias empresas chinas han lanzado productos de máquinas de corte láser de fibra 3D, incluyendo Hans Laser, HG Laser, Chutian Laser, Bystronic Dne, Gweike y LeMing Laser.
Entre ellos, la máquina de corte por láser de fibra HyRobot C20 de Hans' Laser, la máquina de corte por láser de 5 ejes 3D para coches AUTOBOT de HG Laser, la máquina de corte por láser de 5 ejes 3D de la serie SF, la máquina de corte por láser de fibra FC-CBD de gran tamaño con mesa de intercambio automática de Dne Laser, la máquina de corte por láser de 5 ejes 3D para coches FK3015S de Focus Laser, la máquina de corte por láser de 5 ejes 3D STK-S-3015 de Stark y el equipo de corte por láser inteligente multieje 3D LMR de LeiMing Laser son productos muy conocidos.
En la actualidad, los principales indicadores técnicos de la Láser de fibra 3D no difieren mucho de los de los principales productos extranjeros, como se muestra en la Tabla 3.
Tabla 3: Principales indicadores técnicos de las máquinas de corte por láser de fibra 3D.
| Nombre | Parámetros técnicos | |
| Ejes lineales (Ejes X/Y/Z) | Velocidad de posicionamiento /mm/min | 50-120 |
| Aceleración del posicionamiento /m-s-2 | 0.8-1.0 | |
| Precisión de posicionamiento /mm | ±0.05-0.03 | |
| Precisión de posicionamiento repetido /mm | ±0.05-0.01 | |
| Ejes giratorios (Ejes C/B/A) | Velocidad de posicionamiento / °-s) | 540-720 |
| Aceleración del posicionamiento / (°-s-2) | 3600-6000 | |
| Precisión de posicionamiento /° | 0.02-0.015 | |
| Precisión de posicionamiento repetido /° | 0.01-0.005 |
CO2 En la actualidad, las máquinas de corte por láser se utilizan ampliamente para procesar acero inoxidable con un grosor no superior a 12 mm y materiales no metálicos con un grosor no superior a 25 mm. Se han utilizado ampliamente en el corte y procesamiento de piezas interiores y exteriores de automóviles y piezas no metálicas en otras industrias.
En la actualidad, los principales fabricantes extranjeros de CO2 de corte por láser son la alemana Trumpf, la italiana Prima Power y las japonesas Komatsu y NTC, entre otras. Entre ellas, la Tru Laser Cell 7040 tridimensional de CO2 de Trumpf, la máquina de corte por láser de 5 ejes Optimo 3D de Prima Power, la máquina de corte por láser de 5 ejes con control 3D de la serie TLM de Komatsu y la máquina de corte por láser de 5 ejes TLM610 3D con mesa de trabajo de doble intercambio de NTC son productos muy conocidos.
La célula tridimensional de CO2 La máquina de corte por láser tiene un recorrido del eje XY/Z de 4000mm × 2000mm × 1000mm, recorrido del eje B/C de ±135° y n × 360°, y una aceleración máxima del eje de 4g. Dispone de múltiples áreas de trabajo que pueden seleccionarse convenientemente según las necesidades, y pueden utilizarse varios láseres. Puede realizar diversas técnicas de procesamiento, como soldadura, corte y revestimiento láser, sustituyendo el cabezal de procesamiento láser, como se muestra en la imagen 4.
La máquina de corte por láser de 5 ejes Optimo 3D también es adecuada para cortar y soldar piezas de gran tamaño, con un recorrido del eje XNZ de 4500 mm × 2500 mm × 1020 mm y un recorrido del eje B/A de ±135° y 360°. Utiliza un flujo axial rápido de 2,5-4kW y CO2 láser. Como se muestra en la imagen 5.
La máquina de corte láser 3D de 5 ejes TLM610 adopta una cama de tipo pórtico, una mesa de trabajo móvil, un cabezal de corte de un solo punto, y una caja de control de balancín con tecnología patentada, una estructura especial de boquilla de corte, TDLC-04R de alto rendimiento Sistema CNCy ofrece programación fuera de línea.
En la actualidad, las emisiones nacionales de CO2 El corte por láser se utiliza principalmente en productos de máquinas de corte 2D, como la máquina de corte por láser MS-1380 desarrollada por Mingsheng Laser Technology Co., Ltd., y la máquina de corte por láser ZT-CC1610 desarrollada por Zongtong Laser Technology Co., Ltd. En la actualidad no existen máquinas comerciales de corte por láser 3D de CO2 productos de máquinas de corte por láser disponibles.
(1) Alta potencia
Aumentar la potencia del láser puede mejorar la capacidad de procesamiento y la eficiencia, al tiempo que reduce los costes de procesamiento. Con la disminución del coste de los láseres, la potencia de los productos principales en ha pasado de 2 kW y 3 kW hace unos años a 4 kW y 6 kW.
Hoy en día, incluso han aparecido productos de nivel megavatio, y se cree que los productos de nivel megavatio se convertirán en la corriente principal del mercado en los próximos años.
(2) Alta velocidad y precisión
La mejora de la velocidad y la precisión de posicionamiento contribuye a aumentar la eficacia del mecanizado y a satisfacer los requisitos de rendimiento de la maquinaria de ingeniería y otros productos de alto valor añadido, aumentando así la competitividad de los productos.
Actualmente, la velocidad de posicionamiento de los principales productos de máquinas de corte es de 100 m/min, mientras que la velocidad de posicionamiento más alta de las máquinas de corte de alta velocidad puede alcanzar los 280 m/min.
(3) Inteligencia
La automatización y la inteligencia en el funcionamiento son requisitos de la Industria 4.0 y la fabricación inteligente. Cada vez más empresas prestan atención a la inteligencia de las máquinas herramienta, como los sistemas abiertos, la descarga automática, el autodiagnóstico de fallos, la gestión inteligente de los datos de proceso, el control remoto, etc.
(4) Diversificación de funciones
La ampliación de la gama de mecanizado de las máquinas herramienta puede aumentar la flexibilidad y adaptabilidad de las máquinas herramienta, mejorando así la competitividad del producto. Muchos productos avanzados de máquinas de corte 3D en el extranjero tienen una amplia gama de procesos.
Por ejemplo, las máquinas de corte por láser 3D TruLaser Cel3000 y TruLaser CⅡ7040 de Trumpf tienen funciones de corte 3D y deposición de metal de soldadura. La máquina de corte por láser de 5 ejes Rapido 3D de Prima Power puede utilizar varios láseres para satisfacer las necesidades de diversos procesos de soldadura y corte.
En el contexto de la transformación del procesamiento tradicional a la fabricación de gama alta en el sector industrial chino, la industria del corte por láser seguirá manteniendo una tendencia de desarrollo a gran velocidad.
En el futuro, los equipos de corte por láser 3D evolucionarán hacia la alta potencia, la alta velocidad y la alta precisión, la inteligencia y la diversificación de funciones.
En la actualidad, en comparación con los países desarrollados como Alemania, Japón e Italia, todavía hay una gran brecha entre China en términos de productos de máquinas de corte por láser 3D, así como componentes básicos tales como cabezales de corte láser y láseres de alta potencia, y campos técnicos clave como la investigación y el desarrollo de máquinas de corte por láser y la investigación y el desarrollo de sistemas CNC de alto rendimiento.
Por ello, el personal científico y tecnológico debe seguir investigando en profundidad.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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