Elección de láseres de fibra de alta potencia: Una guía completa | MachineMFG

Elección de láseres de fibra de alta potencia: Guía completa

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Según el Informe sobre el Desarrollo de la Industria Láser en China, el mercado nacional del láser de fibra ha experimentado un aumento constante de la potencia y el rendimiento de los láseres de fibra de producción local. En términos de volumen de envíos, los láseres de fibra nacionales estándar de potencia media a baja han superado a sus homólogos extranjeros, sustituyendo eficazmente a las importaciones.

Los láseres de fibra estándar nacionales de potencia ultraelevada superior a 10 kW también se acercan al volumen de envíos de los productos extranjeros de la misma gama de potencia. Esto indica que los láseres de fibra de fabricación nacional están siendo aceptados gradualmente en el mercado nacional a medida que sus capacidades independientes de investigación y desarrollo siguen fortaleciéndose.

La venta de láser de fibra en China de 2018 a 2021E (unidades)

A medida que los requisitos de procesamiento de productos láser del mercado industrial son cada vez más exigentes, aumenta la demanda de láseres de alta potencia. Sin embargo, con la multitud de opciones de láser de kilovatios disponibles en el mercado nacional, los clientes a menudo se encuentran confundidos sobre qué equipo se adapta mejor a sus necesidades.

1. Conceptos erróneos comunes sobre la selección de láser de fibra óptica

Error 1: ¿A mayor potencia, mayor eficacia de procesamiento?

De hecho, en los últimos años, la alta potencia se ha hecho cada vez más popular en el procesamiento láser industria. Raycus El láser sirve de ejemplo. El año pasado, las ventas de láseres de potencia superior a 10 kW superaron las 2380 unidades (con un total histórico que alcanzó las 3200 unidades), lo que supone un aumento de 243% desde 2020, superando con creces a otros competidores nacionales. En términos de potencia, el láser continuo de Raycus Laser láser de fibra han alcanzado hasta 100 kW, lo que constituye una primicia en el país.

Pero, ¿una mayor potencia se traduce necesariamente en una mayor eficacia de procesamiento de los productos láser? La respuesta es no necesariamente. Depende de la configuración de los componentes principales del láser (fibra activa, fuente de bombeo, combinador de alta potencia, etc.) y del tipo y grosor de la fibra. chapa metálica que procesa el cliente. En primer lugar, la configuración de los componentes principales del láser influye enormemente en su eficacia de procesamiento.

Unos componentes de núcleo más avanzados y su adaptación pueden dar lugar a una eficacia de procesamiento superior a la de otras marcas de láseres de la misma potencia.

En segundo lugar, hay que tener en cuenta el tipo y el grosor de la chapa que procesa el cliente, así como las distintas aplicaciones, como la soldadura y la superposición, que pueden influir aún más en la eficacia del procesado. Por tanto, la simple comparación de potencias no proporciona una medida de la eficiencia del procesado.

Veamos cómo se comparan los láseres Raycus de 12 kW, 20 kW y 30 kW al cortar diferentes espesores de acero al carbono.

Se han realizado pruebas prácticas con un multimódulo de 30 kW, un multimódulo de 20 kW y un multimódulo de 12 kW para cortar acero al carbono. (El aire es el gas auxiliar cuando no se especifica en la tabla).

La tabla muestra que un láser de 30 kW que corta acero al carbono de 10 mm de grosor con asistencia de aire es 25% más eficaz que un láser de 20 kW. Aunque hay un aumento de la eficiencia, la ventaja no es muy significativa. Sin embargo, al cortar acero al carbono de 25 mm de grosor, la ventaja es clara, ya que el láser de 30 kW es 114,3% más eficiente que el láser de 20 kW (con asistencia de oxígeno).

Corte por láser de 30 kW de acero al carbono de 10 mm de grosor
Casos de aplicación de productos

Por lo tanto, en aplicaciones prácticas, los clientes deben elegir el producto de alta potencia que mejor se adapte al tipo y grosor de la chapa que están procesando. Si un cliente procesa principalmente chapas finas, debe elegir un producto de nivel de kilovatios que satisfaga mejor sus necesidades de eficiencia de procesamiento.

Si procesan muchas chapas gruesas o tienen un volumen de trabajo elevado, deben optar por un láser de mayor potencia en kilovatios.

Muchos clientes optan por equipar sus máquinas con un láser Raycus de 30 kW debido a su gran volumen de trabajo. Aprecian su capacidad para manejar chapas finas, medias y gruesas, la velocidad de corte, la calidad de la sección transversal y otros requisitos exhaustivos.

Especialmente cuando se cortan chapas medianas y gruesas con aire, las ventajas son evidentes, ya que aumentan significativamente la eficiencia de procesamiento de la fábrica, reducen los costes operativos generales y consiguen un retorno de la inversión más rápido.

Concepto erróneo 2: ¿Es mejor un núcleo de fibra más pequeño con el mismo nivel de potencia?

Es bien sabido que una mayor potencia y luminosidad son los avances actuales de la tecnología láser. Algunos fabricantes de láser han propagado la creencia de que un núcleo de fibra más pequeño significa mayor brillo, lo que lleva a los clientes a creer erróneamente que cuanto más pequeño es el núcleo de fibra, más potente es el láser. Sin embargo, esto es un error.

La luminosidad en los láseres está estrechamente relacionada con el producto del parámetro del haz (BPP), que se calcula como BPP=ω₀θʀ, donde ω₀ es el radio de la cintura del haz y θʀ es el ángulo de divergencia de campo lejano del haz láser. Un valor menor de BPP indica una mejor calidad del haz. La luminosidad se define como la potencia en una unidad de área y una unidad de ángulo sólido, siendo la luminosidad Br=P/(πBPP)².

Dos requisitos previos para lograr una gran luminosidad son aumentar la potencia del láser y mejorar la calidad del haz. Una mejora única o combinada de estos dos aspectos puede aumentar la luminosidad del láser. Aunque hay bastantes formas de aumentar la potencia, mejorar la calidad del haz no significa necesariamente utilizar una fibra con un diámetro de núcleo menor.

Esto se debe a que el diámetro del núcleo de la fibra no puede equipararse al diámetro de la cintura del haz. Para reducir el valor de BPP y lograr una mejor calidad del haz, es importante minimizar el núcleo de la fibra sin aumentar el ángulo de divergencia de campo lejano.

BPP=ω₀*θʀ
  • ω₀=radio de la cintura
  • θʀ=ángulo de divergencia de campo lejano

En los escenarios que implican láseres de fibra de potencia ultraalta, lo que buscan los clientes es un aumento de la eficiencia. Esto puede conseguirse de dos maneras: en primer lugar, mejorando la eficiencia de conversión electroóptica del láser de fibra, lo que conlleva un ahorro de energía y costes; y en segundo lugar, mejorando la eficiencia global del procesamiento, aumentando así la rentabilidad. El procesamiento por láser es una tarea de ingeniería de sistemas.

La utilización del sistema sólo puede mejorarse realmente generando rendimientos óptimos si se consigue una coincidencia multidimensional y una mejora mutua entre la máquina herramienta, el sistema, la trayectoria del gas, el cabezal de procesamiento, la fuente láser, la chapa metálica y la tecnología de procesamiento.

La serie kilovatio de láseres de fibra de Raycus Laser cuenta con una eficiencia de conversión electro-óptica de más de 40% y optimiza el ángulo de divergencia en gran medida, lo que permite una mejor combinación con cabezales de corte y sistemas de diferentes configuraciones ópticas de todas las marcas del mercado. De este modo se satisfacen las necesidades de corte de los clientes para chapas finas, medianas y gruesas.

Error 3: ¿Cómo elegir entre monomódulo y multimódulo con la misma potencia?

Los módulos láser de fibra se dividen en monomódulos y multimódulos. En las aplicaciones de corte, el punto de luz enfocado afecta en gran medida a la calidad del corte. Un láser de kilovatio de un solo módulo utiliza la amplificación de una sola fibra para alcanzar niveles de kilovatio, con el haz distribuido de forma casi gaussiana, y la energía está relativamente concentrada.

Suele utilizar la conversión de modo para lograr la homogeneización del haz, pero el efecto está sujeto a fluctuaciones considerables debido a la consistencia del dispositivo.

Un láser multimódulo de kilovatios suele utilizar varios módulos de luz de 2000~6000 W para formar un haz combinado, logrando la superposición de varios haces y formando de forma natural un efecto de homogeneización con mejor consistencia.

Comparación de patrones de haz para láseres de fibra de kilovatio monomódulo y multimódulo
(Los dos primeros son monomódulos, los dos últimos son multimódulos)

La ventaja de los láseres monomódulo de kilovatios radica en su velocidad de corte de placas semidelgadas. En comparación con los láseres 12000 multimódulo, el láser 12000 monomódulo tiene una eficacia superior en corte de acero inoxidable de varios espesores inferiores a 20 mm con asistencia de nitrógeno o aire.

Los láseres multimódulo de kilovatios funcionan mejor en la homogeneización del haz, lo que los hace más ventajosos en términos de calidad de corte para placas gruesas. Algunos clientes tienen requisitos muy exigentes para la sección de mecanizado, por lo que siguen prefiriendo los láseres de fibra multimódulo.

En conclusión, una simple comparación entre monomódulo y multimódulo no es factible. Ambas son configuraciones de láseres de fibra, como un coche, donde un sedán es adecuado para carreteras y un vehículo todoterreno es adecuado para montañas. Pero un sedán puede atravesar montañas, y un vehículo todoterreno puede circular por carreteras.

Por lo tanto, la elección entre láseres de fibra multimodo y monomodo depende de las necesidades reales de procesamiento del cliente.

Rendimiento de un monomódulo de 12000 W que corta acero al carbono de 6 mm.
Rendimiento de un multimódulo de 12000 W cortando acero al carbono de 30 mm.

2. ¿Cómo elegir el producto láser de kilovatios adecuado?

La elección del producto debe basarse en las necesidades de aplicación del mercado. Para la mayoría de los usuarios empresariales, es primordial elegir un láser rentable basado en los requisitos específicos del escenario de aplicación. Los clientes pueden sopesar exhaustivamente sus necesidades desde el punto de vista del procesamiento, el coste y el servicio.

En primer lugar, en lo que respecta a las necesidades de procesamiento, los distintos usuarios tienen diferentes requisitos en cuanto al grosor, la velocidad y la eficacia de los productos. corte de chapa. Por lo tanto, al elegir los productos láser, es necesario tener en cuenta las necesidades reales de procesamiento de placas y espesores de corte diario de la fábrica.

En segundo lugar, al tiempo que se maximizan las necesidades actuales de procesamiento, el coste de uso del producto es también un factor importante a tener en cuenta. El coste de uso del láser puede compararse desde múltiples aspectos, como la eficiencia de conversión electroóptica del producto, el coste del tiempo de inactividad y el precio de compra.

Por último, los láseres son productos a granel de alto coste y larga vida útil. Además de los parámetros de rendimiento del producto (calidad del haz, eficiencia de conversión electroóptica, estabilidad, etc.) y corte de chapa los usuarios también deben tener en cuenta la garantía del producto y el servicio posventa. Desde esta perspectiva, optar por una marca de láser conocida parece una mejor opción.

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