Ultra

Jan 03, 2024

Com a introdução dos lasers de fibra de nível quilowatt no início dos anos 2000 e sua subsequente integração em ferramentas de corte no final dos anos 2000, os lasers de fibra transformaram o corte a laser de um método de nicho para um processo de fabricação convencional. Desde então, os lasers de fibra têm dominado o corte a laser de chapas metálicas devido à sua facilidade de integração, confiabilidade, baixa manutenção e baixos custos de capital e operacionais em comparação com a tecnologia laser anterior, altas velocidades de corte e a possibilidade de aumentar sua potência. O mercado de corte a laser cresceu mais de 10% ao ano na última década, mais que o dobro da taxa de outros processos de corte de perfis.

Nos últimos anos, a indústria de fabricação tem visto uma rápida adoção de lasers de fibra de ultra-alta potência (UHP) na faixa de 10 a 40 kW para corte. Ao acompanhar os sistemas de corte a laser de última geração todos os anos no salão de exposições da FABTECH ou em seus seminários educacionais, teríamos notado que a potência máxima disponível para corte aumentou dramaticamente de 6 kW em 2016 para 40 kW em 2022, um aumento de quase sete vezes em seis anos. Só nos últimos três anos, a potência máxima do laser nos sistemas de corte saltou de 15 para 40 kW. O ritmo acelerado de desenvolvimento do laser UHP continuou este ano, liderado por dois desenvolvimentos recentes notáveis: a disponibilidade do laser de fibra de 50 kW para corte e seus testes em campo; e o lançamento de lasers de fibra UHP de alta eficiência com eficiências elétricas superiores a 50%, o que oferece economias de energia significativas para aplicações de corte de alta potência com ciclos de trabalho elevados.

A sobreposição de três grandes desenvolvimentos nos últimos anos tornou viável a tendência de corte UHP, nomeadamente a redução do custo/potência kW dos lasers de fibra, a disponibilidade de cabeças de corte que possam lidar com a potência ultra-elevada do laser e um melhor conhecimento da engenharia de aplicação. em relação ao corte a laser de alta potência.

As velocidades de corte aumentam dramaticamente com maior potência do laser, levando a uma redução substancial dos custos operacionais (incluindo uso de gás, tempo de ciclo por peça e consumo de energia por peça) e custo por peça significativamente menor. A velocidade de corte da maioria das espessuras de aço inoxidável, por exemplo, mais que quadruplica ao aumentar a potência de 6 kW para 15 kW, enquanto utiliza a mesma pressão de gás auxiliar e tamanho de bico (ou seja, mesmo fluxo de gás) em cortes de baixa e alta potência , levando a uma redução múltipla no uso de gás e outros custos operacionais.

Os lasers UHP também permitem o corte sem escória de aço carbono espesso e aço inoxidável com ar de alta pressão em vez de nitrogênio mais caro, ou corte com oxigênio que é muito mais lento. O corte com gás assistido por ar é significativamente mais rápido do que o corte com oxigênio em altas potências de laser, pois no corte a ar - ao contrário do corte com oxigênio - a velocidade aumenta com a potência do laser. Por exemplo, ao cortar aço carbono de 16 mm de espessura com um laser de 30 kW, a velocidade de corte é superior a 9 m/min com gás assistido por ar, mas é de apenas cerca de 2 m/min quando se utiliza oxigênio.

Ao cortar com gás auxiliar de nitrogênio para aço inoxidável com 10 mm de espessura, a velocidade de corte aumenta de cerca de 2 m/min a 6 kW para mais de 12 m/min a 15 kW, um aumento de seis vezes com um salto de potência de 2,5X. Esse aumento de velocidade leva facilmente a uma queda de duas a três vezes no custo por peça para a maioria dos projetos de peças. No entanto, um sistema de corte a laser duas vezes mais produtivo não é duas vezes mais caro, pois o custo da fonte de laser por quilowatt diminui com o aumento da potência do laser e o custo mais alto do laser é absorvido no custo geral da máquina-ferramenta.

Ao melhorar significativamente as velocidades de corte, a UHP tornou o corte a laser mais competitivo em relação aos métodos de corte mecânico, como puncionamento, preservando ao mesmo tempo as vantagens exclusivas (ou seja, flexibilidade, ausência de desgaste da ferramenta, corte sem contato e capacidade de cortar paredes finas e complexas). A vantagem da puncionamento versus qualquer processo de corte de perfil, como o laser, está normalmente na fabricação em massa de peças de geometrias relativamente simples, para as quais o custo inicial inicial do ferramental pode ser justificado. No entanto, à medida que a indústria de fabricação exige cada vez mais flexibilidade, as altas velocidades de corte fornecidas pelos lasers UHP mudaram a consideração de custo do laser versus puncionamento em favor dos lasers.