Máquinas de Corte Láser 3D: Explorando las últimas tendencias y el futuro | MachineMFG

Máquinas de corte por láser 3D: Explorando las últimas tendencias y el futuro

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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 máquina de corte por láser fue desarrollada por Prima en 1979, las máquinas de corte por láser 3D se han visto favorecidas por su gran flexibilidad, alta precisión, mínimos requisitos 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.

1. Tipos de máquinas de corte por láser 3D

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, 3D máquinas de corte por láser 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.

RendimientoEstilo pórticoEstilo robótico 
Espacio de trabajoGrandePequeño
Velocidad de procesamientoAltaPequeño 
Precisión de procesamientoBajoBajo
Capacidad para acercarse a la zona de tratamientoPobreBien
SuperficieGrandePequeño

El láser de alta potencia es un componente fundamental 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: láser de fibra máquinas de corte, CO2 y máquinas de corte por láser YAG.

La principal comparación de rendimiento de los tres tipos de láser máquinas de corte se muestra en la Tabla 2.

Cuadro 2: Comparación del rendimiento de la fibra, el CO2y máquinas de corte por láser YAG.

RendimientoCorte por láser de fibra MáquinaMáquina de corte láser CO2Máquina de corte láser YAG
Tipos de material de procesadoMetalMetálico, no metálicoMetal
Velocidad de corteAltaRelativamente altoBajo
Precisión de corteAltaAltaRelativamente alto
Eficacia de conversión fotoeléctricaAlrededor de 30%Alrededor de 10%Alrededor de 3%
Coste del equipoMedioAltaBajo
Daño al cuerpo humanoAltaBajoMedio
Posicionamiento en el mercadoProcesamiento de alta precisión de placas finas con un grosor de ≤12 mmProcesamiento 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, láser de fibra y las máquinas de corte por láser CO2 son los principales tipos de máquinas de corte por láser 3D.

2. Situación de la investigación en el país y en el extranjero

2.1 Máquina de corte por láser de fibra tridimensional

En comparación con el CO2 corte por láser y corte por láser YAG, láser de fibra tiene 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.

Figura 1: TruLaser Cell 3000

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.

Figura 2. Máquina de procesamiento láser multieje Laserdyne 795

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.

Figura 3. Máquina de procesamiento láser de fibra de alta eficiencia LCG3015AJⅡ.

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.

 NombreParámetros 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

2.2 CO2 Máquina de corte por láser

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.

Imagen 4: TruLaser Cell 7040 tridimensional de CO2 máquina de corte por láser.

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.

Figura 5: Máquina de corte por láser de 5 ejes Optimo 3D.

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.

4. Conclusión

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.

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