Ultra

Jul 04, 2023

Com a introdução de lasers de fibra em nível de quilowatts 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 em um processo de fabricação convencional. Desde então, os lasers de fibra dominaram o corte a laser de chapas metálicas por causa de sua facilidade de integração, confiabilidade, baixa manutenção e baixos custos operacionais e de capital 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 perfil.

Nos últimos anos, a indústria de fabricação viu uma rápida adoção de lasers de fibra de potência ultra-alta (UHP) na faixa de 10 a 40 kW para corte. Acompanhando anualmente os mais modernos sistemas de corte a laser no pavilhão de exposições da FABTECH ou em seus seminários educativos, notou-se que a potência máxima disponível para corte aumentou dramaticamente de 6 kW em 2016 para 40 kW em 2022, um aumentou quase sete vezes em seis anos. Somente nos últimos três anos, a potência máxima do laser em sistemas de corte saltou de 15 para 40 kW. O ritmo acelerado de desenvolvimento do laser UHP continuou este ano, liderado por dois notáveis ​​desenvolvimentos recentes: 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 de mais de 50%, o que oferece economia significativa de energia para aplicações de corte de alta potência com ciclos de trabalho intensos.

A sobreposição de três grandes desenvolvimentos nos últimos anos tornou viável a tendência de corte UHP, ou seja, custo/kW-potência reduzidos de lasers de fibra, disponibilidade de cabeçotes de corte que podem lidar com a potência ultra-alta do laser e melhor conhecimento da engenharia de aplicação em relação ao corte a laser de alta potência.

As velocidades de corte aumentam drasticamente 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 do que quadruplica aumentando a potência de 6 kW para 15 kW, enquanto utiliza a mesma pressão de gás auxiliar e tamanho de bocal (ou seja, mesmo fluxo de gás) em corte 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 de 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 ao usar oxigênio.

Ao cortar com gás de nitrogênio para aço inoxidável de 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 2,5 vezes na potência. Essa velocidade aumentada gera facilmente 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 as vantagens exclusivas (ou seja, flexibilidade, ausência de desgaste da ferramenta, corte sem contato e capacidade de cortar paredes finas intrincadas). A vantagem da perfuração em relação a qualquer processo de corte de perfil, como o laser, está tipicamente na fabricação em massa de peças de geometrias relativamente simples, para as quais o custo inicial inicial de ferramentas pode ser justificado. No entanto, como 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 em relação à perfuração em favor dos lasers.