Máquinas de Corte Láser de Alta Potencia: Lo que necesita saber (10kW+) | MachineMFG

Máquinas de corte por láser de alta potencia: Lo que hay que saber (10kW+)

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En los últimos años, la tecnología láser ha cobrado cada vez más importancia en la producción industrial. El avance de la industria manufacturera hacia procesos de transformación inteligentes y de alta gama ha dificultado que la tecnología de transformación tradicional pueda satisfacer las demandas del mercado de mayor eficacia y precisión en la producción de productos.

La tecnología láser, con su alta eficacia, bajo consumo, mínima deformación del material y adaptabilidad al objeto de procesamiento, ha aumentado su índice de penetración en todos los aspectos de la producción industrial y se ha convertido en una herramienta indispensable en la fabricación de alta gama.

La industria del láser ha experimentado un rápido desarrollo en los últimos años, con una mayor estabilidad y un aumento de la potencia. El lanzamiento de láseres de fibra de 10.000 vatios y de productos de equipos de procesamiento se ha convertido en algo habitual, con noticias similares una o dos veces al mes.

No podemos evitar preguntarnos por qué todo el mundo apuesta por los láseres de fibra de más de 10.000 vatios y si una mayor potencia es siempre mejor para los láseres de fibra. También nos preguntamos por el tamaño de los láseres de alta potencia. láser de fibra mercado y las soluciones técnicas disponibles.

Para conocer mejor el mercado, hemos entrevistado a empresas representativas de la cadena industrial del láser de fibra, incluidas las que ya han lanzado láseres de fibra de 10.000 vatios, las que tienen previsto hacerlo y las de fibra de fabricantes de láser y fabricantes de equipos derivados. Nuestro objetivo era ser exhaustivos y objetivos.

Durante nuestro mes de investigación, visitamos a varios fabricantes de láser de fibra, fabricantes de equipos, expertos técnicos del sector del láser de fibra y expertos del mercado. Nuestras conclusiones indican que el estado actual de los láseres de fibra de alta potencia aún tiene mucho camino por recorrer.

Nota: En este artículo, los láseres de fibra de alta potencia se refieren a aquellos con una potencia de más de 10.000 vatios, a menos que se especifique lo contrario.

La situación actual del mercado de corte por láser

En corte por láser Entre las numerosas aplicaciones industriales domina el mercado de los láseres de fibra, que se han hecho cada vez más populares. Con el crecimiento de la demanda de procesamiento de placas de grosor medio, los láseres de alta potencia máquinas de corte por láser con claras ventajas se están convirtiendo en los nuevos favoritos del mercado.

En comparación con las máquinas de corte por láser de potencia pequeña y media, las máquinas de corte por láser de alta potencia son más eficaces para procesar placas del mismo grosor. El significativo aumento de potencia también ha supuesto una mejora revolucionaria en el proceso de corte, reduciendo los costes de procesamiento para los usuarios y solucionando problemas importantes como la "producción inestable de placas gruesas de acero al carbono."

En 2017, los principales fabricantes de equipos láser como Hans'laser lanzaron equipos de corte por láser de 12KW y lograron envíos a pequeña escala. En 2018, las máquinas de corte por láser de 12KW se destacaron en las principales exposiciones, y después de que Hans'laser lanzara Láser de 15 kW equipos de corte, otros fabricantes siguieron su ejemplo y lanzaron sus propios productos de 15KW. En 2019, Hans'laser actualizó de nuevo el límite de potencia, lanzando una de 20KW. corte por láser de fibra máquina para el mercado final.

Los láseres de fibra también han superado gradualmente el límite de potencia, con la potencia más alta de 30KW de láser de fibra ya disponible en el mercado. La potencia ha aumentado de 12KW a 20KW, 25KW, y más allá.

¿Cuál es la dificultad de los 10.000+vatios equipo?

Los componentes funcionales se han convertido en la principal limitación. A pesar del rápido desarrollo de las aplicaciones de láser de alta potencia, la estabilidad de los componentes funcionales está obstaculizando el desarrollo de equipos de corte por láser de potencia ultraelevada. El crecimiento de la potencia de los cabezales de corte ha ido a la zaga del crecimiento del láser y de los componentes funcionales. máquina de corte por láser poder.

Los principales componentes del cabezal de corte láser son boquillas, lentes de enfoque y sistemas de seguimiento del enfoque.

Boquillas

Las boquillas son los consumibles más utilizados en las máquinas herramienta de corte por láser de fibra, y existen tres tipos principales: paralelas, convergentes y cónicas. La calidad del corte está estrechamente relacionada con la forma y el tamaño de la boquilla.

Lente de enfoque

La lente de enfoque es el componente central del cabezal de corte. El haz de luz emitido por el láser es enfocado por la lente para formar un punto de alta densidad energética.

Con el aumento de la demanda de láseres de alta potencia, la profundidad focal y el punto focal de los objetivos tradicionales son limitados. El aumento de la profundidad focal conllevará una ampliación del tamaño del punto focal, que no puede satisfacer los requisitos de... procesamiento láser en muchos casos. Por ello, cada vez hay más demanda de objetivos con gran profundidad focal y alta resolución.

Tanto la longitud focal como la posición de enfoque de la lente de enfoque afectan a la calidad del corte por láser. Las lentes de distancia focal corta son adecuadas para el corte a alta velocidad de materiales finos, mientras que las lentes de distancia focal larga son adecuadas para el corte de piezas gruesas.

Sistema de seguimiento Focus

El sistema de seguimiento de enfoque de una máquina de corte por láser suele estar compuesto por un cabezal de corte de enfoque y un sistema de sensor de seguimiento. Durante el procesamiento de la máquina de corte por láser, el sistema de seguimiento evita colisiones y cortes desiguales, procesa rápidamente los gráficos y reduce la tasa de productos defectuosos.

Actualmente existen dos tipos principales de sistemas de seguimiento: un sistema de seguimiento con sensor capacitivo, también conocido como sistema de seguimiento sin contacto, y un sistema de seguimiento con sensor inductivo, también conocido como sistema de seguimiento con contacto.

Precitec domina actualmente el mercado nacional de cabezales de corte de alta potencia. La mayoría de las máquinas de corte por láser con una potencia superior a 10.000 vatios están equipadas con cabezales de corte Precitec. En vista de ello, algunos fabricantes chinos de láser y equipos se han esforzado por ponerse al día y han aumentado su inversión en I+D en cabezales de corte para la estabilidad de sus equipos láser de alta potencia. Han conseguido ciertos resultados, y algunas empresas han lanzado cabezales de corte que pueden soportar una potencia ultraelevada de 15kW y han logrado la producción en serie. La tecnología para cabezales de corte de 30 kW también ha hecho un gran avance.

Cabezal de corte de 30 kW

¿Cuál es la dificultad del cabezal de corte de alta potencia?

Según un investigador senior con amplia experiencia en la investigación de láseres de fibra, para obtener una salida de láser de fibra mayor, como un láser de fibra de 10.000 vatios, la combinación de varios láseres de fibra de potencia media es un método eficaz. El componente clave de este proceso es el combinador de fibra.

Por lo tanto, el combinador de haces, la tecnología de gestión térmica en el combinador de haces y la calidad del haz de salida después del combinador de haces son cruciales para los láseres de fibra de alta potencia de alta calidad en la industria actual. La mayoría de las nuevas aplicaciones que implican láseres de fibra de alta potencia requieren una alta calidad del haz. Estas tres perspectivas pueden compararse para determinar la estabilidad, fiabilidad y avance tecnológico de un determinado láser de fibra de alta potencia.

En el ámbito militar, los láseres de fibra utilizan principalmente la combinación espectral de haces para conseguir una alta potencia, pero en el ámbito industrial, no ha habido innovación tecnológica en China y la combinación de haces se sigue consiguiendo principalmente utilizando varios módulos de fibra individuales. Por ejemplo, para obtener un láser de fibra de 10.000 W se utilizan varios módulos de 2.000 W y 3.000 W para la combinación de haces.

La alta potencia del haz combinado converge en el proyector, y si éste no es capaz de transportar una potencia tan alta, es propenso a quemarse. El combinador de alta potencia se importa principalmente del extranjero, y sólo unos pocos fabricantes nacionales pueden producirlo. Además de la brecha técnica entre los láseres de fibra nacionales y extranjeros, los productos láser de fibra de alta potencia que soportan la cabezal de corte láser también tienen requisitos más exigentes.

Por ejemplo, cuando se utiliza un láser de fibra como fuente de luz para una máquina de corte por láser, el láser debe coincidir con el cabezal de corte. Sin embargo, hay pocos fabricantes nacionales de cabezales de corte láser de alta potencia, que requieren una gran estabilidad general del equipo y representan el nivel más alto de la industria. Según los expertos del sector, los cabezales de corte nacionales se utilizan principalmente para cabezales de corte de baja potencia, mientras que los cabezales de corte extranjeros se utilizan principalmente para láseres de alta potencia superiores a 6000W.

Para el corte por láser de alta potencia, la estabilidad del cabezal de corte es un problema importante. Las dificultades del cabezal de corte se reflejan principalmente en las técnicas de recubrimiento de la lente, el diseño de la trayectoria óptica, el sistema de refrigeración y el posicionamiento del motor.

Revestimiento de la lente técnicas

El mayor reto para los cabezales de corte de alta potencia es la lente. Como la potencia del láser aumenta, también lo hace la densidad de potencia de la lente. Para garantizar la estabilidad de los cabezales de corte de alta potencia, la lente es la mayor dificultad.

Algunas empresas han superado este reto con avances en la tecnología de recubrimiento de lentes. Actualmente, los cabezales de corte del mercado pueden soportar de forma estable una potencia de 15 kW.

Óptico ruta diseño

Después del objetivo, otro reto importante es el diseño óptico. El modo de zoom del cabezal de corte de alta potencia es principalmente zoom de lente colimadora, que es diferente del cabezal de corte de baja potencia tradicional que utiliza zoom de lente de enfoque. En los cabezales láser de alta potencia, si el colimador se acerca a la fibra, la densidad de potencia aumentará.

Sistema de refrigeración

Además del proceso de recubrimiento de la lente y el diseño de la trayectoria óptica, los sistemas de refrigeración y el control de precisión del motor del cabezal de corte también son problemas complicados en los cabezales de corte de alta potencia. Durante corte de chapaEl aumento de la potencia del láser aporta más energía y aumenta la probabilidad de que aumente la temperatura en la lente y la boquilla de corte. La refrigeración debe garantizarse mediante refrigeración por agua u otros métodos de refrigeración.

Posicionamiento del motor

En cuanto al control del motor, se aplican métodos de retroalimentación en el motor para corregir su posición a través de la retroalimentación, lo que garantiza un posicionamiento más preciso y una velocidad de respuesta más rápida en el enfoque.

¿Cuanta más potencia, mejor?

Los láseres de fibra de alta potencia se utilizan principalmente para el corte y la soldadura por láser en el ámbito industrial. La creencia de que cuanto mayor sea la potencia, mejor, prevalece entre muchas empresas de láser que entrevistamos, que introdujeron el concepto de "potencia límite". Creen que para aplicaciones de corte por láserSin embargo, la potencia del proceso de corte tiene un límite a partir del cual la calidad y la velocidad de corte dejan de mejorar. En algunos casos, puede resultar más rentable cambiar a otros láseres, como los de excímeros o CO2.

En general, estas empresas creen que para el mercado industrial, 6 kW pueden satisfacer más de 95% de la demanda de corte, y los láseres de fibra con más de 6 kW son un mercado pequeño en el campo del corte. La introducción de equipos de corte por láser de fibra de 12 kW, 20 kW y 30 kW sólo demuestra la demanda de equipos láser de alta potencia en el mercado, pero se trata de un requisito específico para una gama pequeña y no hay necesidad de aplicaciones a gran escala. Por lo tanto, los láseres de fibra de alta potencia se consideran una dirección de desarrollo hasta que los láseres de fibra no hayan superado los 10.000 vatios.

Sin embargo, en el procesado de materiales especiales difíciles de cortar, los láseres de baja potencia son lentos y el efecto de corte es deficiente. Los materiales de alta reflexión también requieren una mayor energía para satisfacer las necesidades de procesamiento, que es donde se utilizan los láseres de 10.000 vatios. Los fabricantes de equipos láser han informado de que los láseres de alta potencia se utilizan principalmente en el mercado de la transformación, y la demanda de los clientes empresariales del mercado de la transformación es sobre todo de láseres con una potencia de entre 6.000 y 8.000 W. La capacidad de todo el mercado está estrechamente ligada a la macroeconomía nacional.

Corte de acero inoxidable - eficiencia hasta 400%

Corte de acero inoxidable - eficacia hasta 400%

Corte de acero al carbono - hcorte a alta velocidad de placas medianas y finas con aire en lugar de oxígeno

Corte de acero al carbono: corte a alta velocidad de chapas medianas y finas con aire en lugar de oxígeno

Según la figura anterior, la potencia límite de corte de la superficie brillante del acero al carbono viene determinada por el espesor de la chapa. Si la potencia real es inferior a la potencia límite, la velocidad de corte aumentará a medida que aumente la potencia. Sin embargo, si la potencia real es mayor que la potencia límite, la velocidad de corte se mantendrá sin cambios y no mejorará, incluso con el aumento de la potencia. El efecto de corte tampoco cambiará.

La mayoría de los fabricantes de láser siguen considerando que los láseres de 3.000-8.000 vatios son la principal competencia del mercado, a pesar de disponer de tecnología y prototipos de láseres de 10.000 vatios. Esto se basa en la potencia limitada del procesamiento industrial.

Sin embargo, existe otra perspectiva en la que cuanto mayor es la potencia, ya sea instantánea o media, mejor es la capacidad de procesamiento del láser como herramienta y fuente de calor en el procesamiento por láser. Esto se ha demostrado mediante la aplicación de productos láser de fibra de 15 kW/20 kW en efectos de procesamiento y tratamiento térmico de potencia ultraelevada, que han demostrado un mejor rendimiento en comparación con los láseres de fibra de 6000 W.

Los productos actuales, con una capacidad de 10.000 W, pueden cortar eficazmente las capas medias y altas. placas gruesascomo los de acero al carbono, eliminando la necesidad de procesos de rectificado adicionales.

A medida que sigan mejorando las capacidades y el rendimiento de los láseres de alta potencia, es probable que los usuarios se pasen a estos láseres cuando las ventajas superen a los costes.

El umbral de fusión de los metales está fijado en un millón de vatios por centímetro cuadrado, mientras que el umbral de modificación de las superficies metálicas es de 10.000 vatios por centímetro cuadrado.

Basándonos en estos dos datos básicos, es probable que la potencia láser con una capacidad de 100.000 vatios o incluso un millón de vatios sea más común en el futuro.

Los láseres de alta potencia tienen una amplia gama de aplicaciones potenciales, como el transporte ferroviario, la industria aeroespacial, la construcción naval y las aplicaciones militares.

En el ámbito de la soldadura naval, los láseres de alta potencia son muy adecuados, aunque aún no se han implantado en China.

¿Y el coste?

En ventajas del láser es su alta calidad y eficacia, debidas a la calidad de transmisión de la fibra óptica y a la eficacia de la conversión fotoeléctrica. A mayor potencia, mayor profundidad de procesamiento y mayor velocidad de soldadura.

Sin embargo, estas ventajas y desventajas son interdependientes. Para las empresas de alta tecnología, la inversión en I+D de tecnología y productos es la primera categoría de costes, y requiere invertir en el talento, los fondos y el tiempo correspondientes. Algunos componentes básicos no pueden obtenerse internamente, y hay que comprar materias primas como fibra óptica, fuente de bombeo, combinador, rejilla y sistemas de control de circuitos, que a veces suponen hasta 70% del coste total.

Entonces, ¿por qué las empresas se decantan por los láseres de alta potencia a pesar de los elevados costes de inversión? La respuesta es el beneficio.

Los expertos del sector afirman que, aunque el mercado chino de baja potencia está dominado por las marcas nacionales de láser de fibra, estos productos han obtenido una victoria aplastante sobre los importados. Sin embargo, hay demasiadas empresas entrando en el mercado, lo que hace que los precios bajen bruscamente y provoca una competencia feroz y bajos márgenes de beneficio, como en el mercado del láser de fibra de 1000-3000 W.

Por otro lado, la demanda total del mercado de láseres de mayor potencia, como 3000-6000W, 10 kW, es pequeña, pero ofrecen oportunidades de competencia diferenciada.

El alto valor añadido de los productos láser de alta potencia y los márgenes de beneficio relativamente amplios los convierten en una nueva oportunidad de mercado para las empresas.

Además, la demostración de solidez técnica también es un factor importante. Por ejemplo, IPG Photonics anuncia públicamente que puede vender láseres personalizados de 500.000 vatios totalmente de fibra de grado industrial, aunque no sepamos de ninguna industria que utilice actualmente estos productos. El hecho de que una empresa sea capaz de desarrollar láseres de tan alta potencia es un testimonio de su capacidad de I+D y de la calidad de sus productos, lo que la convierte en un punto promocional clave.

Desde la perspectiva de los fabricantes de equipos, los expertos del sector afirman que sólo unos pocos fabricantes de productos de 10.000 vatios pueden cumplir sus requisitos de calidad y estabilidad. Los demás proveedores de láser aún tienen que pasar por un proceso de promoción y retroalimentación.

A medida que más empresas de láser de fibra entren en el mercado, los fabricantes de equipos tendrán más opciones y la relación de precios de compra aumentará de forma natural.

La cuestión de si los láseres de fibra de mayor potencia son "mejores" no tiene una respuesta definitiva. Los avances tecnológicos, la localización de componentes básicos, la mejora de los equipos de apoyo, la demanda del mercado y el desarrollo de áreas de aplicación impulsarán el crecimiento de los láseres de fibra y la transformación y modernización de la fabricación.

Los láseres de fibra de alta potencia aún tienen mucho camino por recorrer.

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2 comentarios en “High-Power Laser Cutting Machines: What You Need to Know (10kW+)”

  1. Querido Shane,
    muchas gracias por este artículo.
    Es muy interesante y muy rico en información.

    ¿Podría preguntarle la fecha de redacción o al menos el año en que se escribió este artículo?
    ¿ Qué marca y tipo de cabezal de corte es el de la foto que tienes en el artículo (Máquinas de corte por láser de alta potencia 10kW+) ?

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