A modelagem do feixe ajuda os lasers de fibra a cortar peças metálicas finas e grossas

Jun 02, 2023

Os lasers de fibra estão começando a usar uma tecnologia de modelagem de feixe que altera o perfil de energia do feixe para corresponder às necessidades de corte da aplicação. Mazak Optonics

Fabricantes de metal que estão no ramo há algum tempo podem ser sentimentais sobre o laser de CO2. Claro, a manutenção da máquina não era simples, mas um sistema bem ajustado, com o feixe centralizado no bocal e um caminho de feixe livre de detritos, poderia fornecer bordas lisas e sem escória. Durante a maior parte dos últimos 10 anos, os fabricantes que desejavam qualidade de borda (especialmente em chapas) escolheram um sistema de CO2, enquanto aqueles que precisavam de velocidade escolheram o laser de fibra. Esse cálculo, no entanto, está começando a mudar.

"A força bruta da potência total do laser de fibra não é a resposta."

Assim disse Al Bohlen, presidente da Mazak Optonics, durante uma casa aberta no final de abril nas instalações da empresa em Elgin, Illinois, um evento em que a empresa apresentou formalmente sua máquina de corte a laser de fibra OPTIPLEX 3015 NEO de 15 kW.

Nos últimos anos, os fornecedores de máquinas a laser introduziram inovações que alteram as características do feixe com o objetivo de expandir os recursos do laser de fibra para cortar com eficiência uma variedade de tipos e espessuras de materiais - não apenas chapas finas. Em seu evento de abril, a Mazak Optonics descreveu sua abordagem para tornar o laser de fibra mais flexível.

Como Bohlen explicou, o sistema usa mais do que a "força bruta" da alta potência do laser de fibra. Sua fonte de laser de fibra nLight usa tecnologia de modelagem de feixe que, junto com uma cabeça de corte Mazak, pode criar diferentes perfis de calor, bem como diferentes diâmetros de feixe e distâncias focais para produzir bordas de alta qualidade em materiais finos e grossos.

Em vez de ser entregue por meio de um cabo de fibra de núcleo único, o laser viaja por um cabo de vários núcleos. Em essência, a tecnologia controla como a energia é distribuída pelos múltiplos núcleos da fibra. "Podemos medir a quantidade de energia do laser que passa por cada núcleo", disse Bohlen. "Isso nos permite criar um núcleo mais frio do feixe e concentrar mais energia nas bordas externas. Estamos movendo o calor do laser de fibra através de diferentes elementos do núcleo e, ao fazer isso, criamos modos diferentes."

Historicamente, a maioria das máquinas de corte a laser de fibra tem sido vendida com lasers de perfil de feixe único, com alta densidade de potência no centro e baixa densidade de potência nas bordas. "Isso cria uma forma com calor no centro, como a ponta de uma lança. Com grande densidade de potência vem uma capacidade incrível de cortar muito rápido em materiais finos", disse Bohlen. Porém, à medida que a espessura do material aumenta, o corte com esse perfil de potência de viga se torna mais desafiador. "O gás auxiliar tem que trabalhar muito para retirar o material fundido do corte", disse Bohlen. "Ele está abrindo caminho através do processo de corte." À medida que o material fica mais espesso, o fluxo de gás tenta inverter a direção e o corte obtém escória, escória e estrias pesadas.

Ao longo dos anos, a ótica conseguiu aumentar o diâmetro do feixe de laser de fibra, mas usando o mesmo perfil de calor – alto no centro, baixo nas bordas. A alteração do perfil do feixe na fonte, antes que a luz atinja o cabeçote de corte, cria uma distribuição de energia do feixe com mais energia nas bordas e menos no centro.

"Com tudo isso, você ainda precisa de um cabeçote de corte inteligente que possa pegar esse feixe e fazer algo com ele", explicou Bohlen. Um novo cabeçote de corte Mazak tem óptica que pode acomodar o diâmetro maior do feixe emitido pela fibra multicore e enviá-lo através do centro de um pequeno orifício do bocal. "Podemos pegar esse modo de rosquinha e agora torná-lo menor e controlar seu diâmetro. A [cabeça de corte] continua sendo um ingrediente importante para a receita."

A alta energia na parte externa do feixe de laser também ajuda a suavizar as estrias e eliminar a conicidade, especialmente ao cortar chapas muito grossas. Essa conicidade é criada quando o metal fundido luta para evacuar pelo corte estreito, com um perfil de energia do feixe que é relativamente frio nas bordas e quente no centro. Os sistemas de jato de água e plasma podem inclinar a tocha para eliminar a conicidade. Agora, com o corte a laser de fibra usando o modo de feixe e controle de diâmetro, "posso cortar uma peça de 1 polegada de espessura, totalmente reta", disse Bohlen.