Che cos'è un laser a fibra?- Una breve panoramica
Un "laser" può essere generato tramite vari mezzi attivi come solidi, vetri, gas, semiconduttori e persino liquidi. Ma la luce laser che viene generata attraverso un elemento solido come un cristallo di "rubino", noto anche come "granato di alluminio ittrio drogato al neodimio, (Y3Al5O12) -YAG" è chiamata "laser a fibra" o "laser a stato solido".
La particolarità dei laser a fibra è che possono svolgere varie funzioni fondamentali per la produzione industriale con elevata precisione e accuratezza. Il più importante è “Taglio laser”, uno dei fondamenti.
I laser a fibra drogata Yb3+ ad onda continua (CW) sono i più comuni in taglio laser macchine in quanto estremamente potenti. Una macchina per il taglio laser a fibra da 01 µm può tagliare facilmente l'acciaio ad alta resistenza. Per non parlare della maggior parte degli altri metalli e leghe.
A differenza delle macchine da taglio tradizionali con alcune taglierine meccaniche destinate a consumarsi, questi laser non hanno tali materiali di consumo. Pertanto, la bassa manutenzione consente di risparmiare energia, costi e tempo nei processi di taglio. Ciò può aumentare il margine di profitto per qualsiasi settore.
Il taglio laser è ovunque, dalle piccole imprese alla gigantesca industria automobilistica e aerospaziale. I laser a fibra sono anche intrinsecamente adatti per la microlavorazione, eseguita su microscala. Quindi, rendendolo davvero il volto dei moderni processi di produzione.
Come funziona la tagliatrice laser a fibra?
Le taglierine laser a fibra utilizzano il taglio termico per tagliare vari metalli e non metalli. Implica i seguenti passaggi.
Innanzitutto, un raggio laser ad alta intensità viene sparato dal generatore laser al pezzo in lavorazione. Il raggio laser di solito raggiunge una temperatura elevata vicina a 10000-11000 ℃ (19500 ℉), sufficiente per fondere o vaporizzare qualsiasi materiale.
I dettagli della posizione e della forma del taglio vengono forniti attraverso un sistema di controllo numerico che guida il laser.
Quando il laser entra in contatto con il materiale, lo scioglie o lo gassifica rapidamente e il gas ausiliario pressurizzato viene espulso nel punto di contatto, rimuovendo i detriti.
Il processo continua fino al raggiungimento della forma desiderata.
Le macchine per il taglio laser sono disponibili in molte forme e dimensioni, ma il fenomeno alla base del loro funzionamento principale è lo stesso. Ecco alcuni dei componenti cruciali di una macchina per il taglio laser.
1. Sorgente laser della macchina
La sorgente laser è il cuore di qualsiasi macchina per il taglio laser. Un'unità separata di solito crea un laser alimentato alla testa di taglio. La ricerca mostra che il laser a fibra drogata con itterbio Yb3+ produce laser ad alta intensità che vanno da 900 nm a 1200 nm. Avere una vasta gamma di lunghezze d'onda significa che vari materiali possono assorbire il laser.
Questa sorgente è eccellente per il taglio ad alta resistenza, carbonio, lega, ecc. Può = produrre più di 10 KW di potenza sufficientemente intensa per tagliare lamiere sottili (<5 mm) così come lastre spesse (5mm-40mm)
Tuttavia, le sorgenti laser a fibra drogata con tulio Tm3+ e olmio Ho3+ possono tagliare materiali non metallici e trasparenti. L'unità sorgente è collegata all'unità principale tramite connettori per impieghi gravosi, spine dell'amplificatore, spine dell'encoder, ecc.
2. Componenti elettrici e sistema di controllo numerico
Il controllo numerico e l'elettronica sono ciò che si potrebbe definire il “cervello” delle macchine per il taglio laser. I componenti principali sono servomotori elettrici, interruttori, sistemi operativi, ecc. Qui vengono inseriti tutti i dati sulle caratteristiche del raggio laser e i dettagli della parte che sarà presto lavorata.
Un pannello di controllo a led all'esterno della macchina riceve i dati dall'operatore tramite file CAM (Computer-Aided Manufacturing). Questo sistema di controllo fornisce tutti i dati relativi alla potenza in uscita, alla velocità di taglio, agli angoli di taglio, alla profondità di taglio, ecc.
Successivamente, guida la testa di controllo e le rotaie durante il processo di taglio. Con l'avvento del controllo numerico computerizzato (CNC), la precisione del taglio laser è aumentata a dismisura, tanto che l'unico fattore limitante del taglio laser è il sistema di azionamento.
3. Sistema a portale e parti ausiliarie
Ogni macchina laser a fibra di dimensioni industriali ha un sistema a portale, un vialetto meccanizzato che aiuta a spostare la testa laser nello spazio tridimensionale. Il sistema a portale comprende binari, catene e motori che aiutano a guidare la testa laser.
Sono in corso ricerche costanti per migliorare il sistema gantry per laser in fibra per ridurre i tempi macchina e migliorare l'efficienza.
Altre parti includono il tavolo di lavoro (tavoli di lavoro) che tiene insieme il pezzo. Alcune macchine per il taglio laser in fibra hanno tavoli di grandi dimensioni in grado di compensare lamiere lunghe 12 metri e trasportare fino a 9 tonnellate di peso. Molte macchine per il taglio laser hanno anche un sistema di scarico che rimuove i gas tossici dall'involucro.
4. Testa di taglio laser in fibra
La testa di taglio laser in fibra è un dispositivo che spara un laser sul pezzo in lavorazione. Ha un complesso sistema di specchi (macchine laser tradizionali) o fibre ottiche che guidano il raggio laser attraverso l'ugello.
Gli ugelli sono un componente importante della testa laser che controlla il raggio di luce. Non solo dirige il laser, ma dà anche la direzione al gas di scarico che espelle il materiale fuso.
Gli ugelli possono essere regolati manualmente e influiscono notevolmente sulla qualità del taglio. È accuratamente calibrato prima per evitare la mancanza di penetrazione che può provocare la fusione del materiale. Ugelli di diverso diametro vengono utilizzati per tagliare vari spessori.
La testa laser è una parte mobile guidata da un sistema a portale. Tipico, la testa laser può muoversi nello spazio tridimensionale. Ma in casi speciali, le teste laser sono progettate per muoversi con un angolo di 45 gradi, il che aiuta a creare tagli a forma di smusso. Queste piastre metalliche sono destinate ad essere saldate in seguito. Risparmia molto denaro, manodopera e tempo altrimenti speso per creare smussi.
Altre caratteristiche regolate dalla testa laser sono l'intensità del raggio, la posizione del fuoco del raggio, la velocità di taglio, l'avanzamento di taglio, la pressione del gas, ecc.
La giusta potenza di taglio, velocità e avanzamento possono creare o distruggere i processi di produzione. Esattamente come una macchina meccanica tradizionale, una macchina per il taglio laser viene fornita con una scheda dettagliata che definisce le caratteristiche di un laser adatto a un particolare materiale.
L'intera postazione di lavoro è schermata da una copertura metallica che conferisce alla macchina di taglio laser un ambiente chiuso. Questo protegge il raggio laser e il pezzo da fattori esterni come aria e polvere. Protegge anche gli occhi umani poiché i raggi invisibili sono pericolosi.
Differenza tra macchina da taglio laser CO2 e laser a fibra
Quando si tratta di taglio laser, spiccano due tecnologie. Laser a fibra e CO2. Entrambi hanno lo stesso scopo ma hanno diverse capacità di taglio. Discutiamo brevemente le loro differenze per selezionare l'opzione migliore per le tue esigenze.
La differenza fondamentale tra i due è la fonte di produzione del laser. UN Laser CO2 ha una camera di vetro piena di anidride carbonica esposta a un'elevata corrente elettrica. Questo processo eccita il gas e provoca il rilascio di raggi infrarossi. Con l'aiuto degli specchi, questi infrarossi vengono amplificati abbastanza da tagliare gli oggetti.
In un laser a fibra, un cristallo (granato di ittrio e alluminio drogato al neodimio-YAG) è avvolto da un tubo flash che alimenta energia luminosa al cristallo. Questo eccita gli atomi nel cristallo, che rilasciano fotoni ad alta energia. Questi fotoni ad alta energia vengono diretti attraverso la fibra ottica, creando un potente laser.
Entrambi i tipi di laser hanno il loro significato. I laser CO2 sono relativamente più vecchi ma ancora utilizzati grazie alle loro eccezionali capacità di taglio dei metalli.
| Processo di fabbricazione | laser CO2 | fibra laser |
| Velocità di taglio Spessore <8mm | Rallentare | Connessione |
| Velocità di taglio complessiva | Connessione | Connessione |
| Taglio di spigoli vivi | Bassa efficienza | maggiore efficienza |
| Taglio della lamiera | Compatibilità inferiore | Maggiore compatibilità |
| Taglio di materiali organici | Maggiore compatibilità | Compatibilità inferiore |
| Incisione su metallo | Non | Si |
| Incisione di altri materiali | Si | Si |
| Sistema di guida | Gantry | Galvo e Gantry |
| Costo di manutenzione | Maggiore | Abbassare |
| Costi operativi | Abbassare | Maggiore |
| Costo di acquisto | Abbassare | Maggiore |
Una macchina per il taglio laser in fibra è migliore per tagliare i metalli, specialmente quelli con superfici lucide. L'elevata riflessione tende a rappresentare un problema per le macchine laser più vecchie perché la maggior parte del raggio viene riflessa. Ma la taglierina laser in fibra ha una messa a fuoco nitida del raggio che aiuta a penetrare nella maggior parte dei metalli e delle leghe. Il laser CO2 ha una migliore compatibilità dei materiali con alcuni materiali metallici e organici.
| Taglio laser | Materiali | Laser a fibra | Laser CO2 |
| Metalli | Acciaio ad alta resistenza | Si | Si |
| Acciaio dolce | Si | Si | |
| Ottone | Si | Non | |
| Rame | Si | Non | |
| Alluminio | Si | Non | |
| Non metalli | Vetro | Non | Si |
| Acrilico | Non | Si | |
| Legno | Non | Si | |
| Gomma | Non | Si | |
| Cuoio | Non | Si | |
| compositi | Si | Non |
Poiché la maggior parte delle industrie manifatturiere si occupa di acciaio e metalli, il taglio laser in fibra ha più mercato.
Quando si tratta di costi, non esiste una risposta semplice. I laser a fibra ad alta potenza sono più costosi delle normali macchine da taglio laser a CO2. Ma i laser CO2 hanno tubi consumabili che devono essere sostituiti in genere dopo 20000 ore di funzionamento. Inoltre, consuma una maggiore potenza durante una corsa tipica rispetto ai laser a fibra. Quindi i costi operativi e di manutenzione si sommano. Per progetti continui ea lungo termine, gli esperti preferiscono le macchine per il taglio laser in fibra.
Cose da considerare prima di acquistare la tua prima macchina per il taglio laser a fibra
1. Considerazione materiale
Il tipo di materiale che produci è della massima importanza. Alcuni materiali beneficiano del taglio laser in fibra e danno ottimi risultati, mentre altri no. Le macchine per il taglio laser a fibra funzionano al meglio su lamiere e materiali ad alta riflessione. Impara di più riguardo Quali materiali può tagliare un laser a fibra?
2. Tasso di utilizzo e produzione
Se il tuo settore richiede un alto tasso di produzione e la produzione di parti complesse, il taglio laser in fibra è adatto. In caso contrario, non sarai in grado di coprire il costo di acquisto. Suggerirei una macchina laser CO2 per il taglio e un laser a fibra per l'incisione per gli hobbisti che desiderano una macchina laser per i loro progetti in giardino.
3. Finitura superficiale
Per quanto riguarda il materiale più spesso, i laser a fibra potrebbero non avere i tagli migliori, il che costerà denaro e tempo nella post-elaborazione del progetto. Tuttavia, i laser eseguono tagli all'avanguardia per la lavorazione di lamiere e fibre di lastre più sottili.
Principali applicazioni delle macchine da taglio laser in fibra
1. Industria robotica
Le macchine per il taglio laser e la robotica hanno una relazione profonda. Molte macchine per il taglio, la saldatura, la marcatura e la perforazione laser supportano un braccio robotico che automatizza la produzione.
È anche utile nella produzione di piccole parti complesse utilizzate nei robot che sono impossibili da creare utilizzando le frese tradizionali. Il taglio laser abbinato al CNC ha rivoluzionato il mondo.
2. Industria automobilistica
La domanda di automobili è in continua crescita, così come la necessità di processi di produzione efficienti. Grazie alla loro elevata precisione e ai tempi di consegna più brevi, molti industria automobilistica le aziende sono passate alle macchine per il taglio laser in fibra per tagliare parti di automobili idroformate.
3. Industria aerospaziale
. industria aerospaziale si occupa di uno dei design più sofisticati che richiedono accuratezza. Molte macchine tradizionali incidono sull'integrità del materiale durante il taglio. Ciò solleva un problema di sicurezza. Il taglio al plasma ne è un esempio.
Tuttavia, il taglio laser in fibra ha risolto questo problema perché è naturalmente buono per la dissipazione termica, il taglio esatto e le tolleranze minime.
Vantaggi e svantaggi della tagliatrice laser a fibra
1. Alta precisione e accuratezza
Il laser a fibra concentra un'enorme densità di potenza in un piccolo punto, fondendo il materiale e formando un piccolo poro. Mentre il laser si muove, il materiale viene tagliato uniformemente senza deformazioni o bave ai bordi. Poiché la lunghezza d'onda di un laser a fibra è di solo 1 micrometro, rispetto al laser CO2 con una lunghezza d'onda di 10.7 micrometri, qualsiasi forma complessa può essere tagliata con una precisione superiore.
Il taglio laser in fibra può raggiungere una precisione dimensionale di ±0.5 mm. La zona interessata dal calore è molto piccola e l'unità finale richiede una lavorazione minima o nulla prima di utilizzarla direttamente.
2. Velocità di taglio
Il taglio laser in fibra è più veloce rispetto alle tradizionali tecniche laser. Per quanto riguarda le lamiere sottili, nessun'altra tecnica di taglio è paragonabile ai laser in fibra. Confrontando le velocità di taglio dei laser a fibra e a CO2, vediamo che un laser a fibra da 2000 W può tagliare alla stessa velocità di un laser a CO6000 da 2 W.
Con l'avanzare della tecnologia laser in fibra, non passerà molto tempo prima che vedremo una macchina laser in fibra ad alta potenza che taglia materiali spessi a una velocità che non può essere paragonata a nessun'altra tecnologia.
3. Taglio senza contatto
Un utensile da taglio senza contatto significa che non è necessario sostituire l'utensile da taglio a causa dell'usura. Non è necessario considerare la durezza dell'utensile prima di lavorare ogni nuovo materiale perché i raggi laser possono tagliare molti tipi di materiali.
4. Alta adattabilità e flessibilità
Con il controllo e l'automazione CNC, i raggi laser possono essere regolati e ottimizzati per tagliare disegni complessi e bordi intricati. Il raggio compatto che racchiude un'immensa potenza si traduce in una zona minimamente influenzata dal calore che non deforma la forma del prodotto finale.
5. Consumo energetico ridotto
Le macchine laser a fibra consumano il 50% in meno di energia rispetto alle macchine per il taglio a CO2. Rispetto ai laser CO2, le macchine laser a fibra non richiedono un'elevata manutenzione e costose riparazioni. Il design è più efficiente, compatto e ha un'impronta di carbonio inferiore. Le macchine laser CO2 necessitano di almeno 10 minuti per riscaldarsi prima di lavorare il materiale. Al contrario, una macchina laser a fibra può avviare immediatamente il processo.
La capacità di elaborare materiali diversi più velocemente rende i laser a fibra adatti a produttori e produttori di grandi volumi.
6. Varietà di materiali
Per molto tempo, i materiali riflettenti hanno rappresentato una sfida per le macchine per il taglio laser. Tuttavia, i laser a fibra possono elaborare in modo efficiente materiali altamente riflettenti come alluminio, rame, argento, oro e acciaio inossidabile lucidato. Sono finiti i giorni in cui il taglio laser non era adatto per lastre spesse. Grazie all'ampia gamma di potenze laser, i laser a fibra possono lavorare lastre più spesse a una velocità paragonabile al taglio laser CO2.
Oltre ai metalli, i laser a fibra possono lavorare acrilici, poliossimetilene, poli (metilmetacrilato), lucite e gomma. Consulta il nostro articolo per ulteriori informazioni su quali materiali i laser in fibra possono o non possono tagliare.
7. Investimento costoso
L'unico aspetto negativo delle macchine per il taglio laser in fibra è il loro elevato costo di investimento. Il laser a fibra è 2-3 volte più costoso della CO2. Ma considerando che si tratta solo di un investimento una tantum che offre vantaggi molto più significativi rispetto a qualsiasi altra tecnologia laser, i laser a fibra sono convenienti a lungo termine.
Le macchine laser a fibra non richiedono una manutenzione regolare o costi operativi elevati. Un laser a fibra da 3000 W consuma circa 10 kW di energia elettrica. D'altra parte, l'equivalente macchina laser CO4000 da 2 W consumerà energia fino a 250 kW. Questo fa un'enorme differenza nelle bollette elettriche annuali tra entrambe le macchine.
Inoltre, grazie al suo design efficiente, una macchina laser a fibra può durare una vita.
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