Choisir des lasers à fibre de haute puissance : Un guide complet

Selon le rapport sur le développement de l'industrie chinoise des lasers, le marché national des lasers à fibre a connu une augmentation constante de la puissance et des performances des lasers à fibre produits localement. En termes de volume d'expédition, les lasers à fibre standard nationaux de moyenne à faible puissance ont dépassé leurs homologues étrangers, remplaçant efficacement les importations. Les lasers à fibre standard nationaux dotés d'une [...]

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Selon le rapport sur le développement de l'industrie chinoise des lasers, le marché national des lasers à fibre a connu une augmentation constante de la puissance et des performances des lasers à fibre produits localement. En termes de volume d'expédition, les lasers à fibre standard de moyenne à faible puissance ont dépassé leurs homologues étrangers, remplaçant de fait les importations.

Les lasers à fibre standard nationaux d'une puissance ultra-élevée supérieure à 10 kW se rapprochent également du volume d'expédition des produits étrangers de la même gamme de puissance. Cela indique que les lasers à fibre produits dans le pays sont progressivement acceptés sur le marché national à mesure que leurs capacités de recherche et de développement indépendantes continuent à se renforcer.

Les ventes de laser à fibre en Chine de 2018 à 2021E (unités)

Les exigences du marché industriel en matière de traitement des produits laser étant de plus en plus élevées, la demande de lasers de haute puissance est en hausse. Cependant, avec une multitude d'options de laser de kilowatts disponibles sur le marché domestique, les clients se retrouvent souvent dans l'incertitude quant à l'équipement le mieux adapté à leurs besoins.

1. Idées fausses courantes sur la sélection des lasers à fibre

Idée reçue 1 : Une puissance plus élevée est-elle synonyme d'une plus grande efficacité de traitement ?

Ces dernières années, la haute puissance est en effet devenue de plus en plus populaire dans le secteur de l'énergie. traitement au laser l'industrie. Raycus Le laser en est un exemple. L'année dernière, les ventes de lasers d'une puissance supérieure à 10 kW ont dépassé 2380 unités (avec un total historique atteignant 3200 unités), soit une augmentation de 243% par rapport à 2020, dépassant de loin les autres concurrents nationaux. En termes de puissance, les produits laser à fibre continue de Raycus Laser ont atteint jusqu'à 100 kW, ce qui est une première dans le pays.

Mais une puissance plus élevée se traduit-elle nécessairement par une plus grande efficacité de traitement des produits laser ? La réponse n'est pas nécessairement. Cela dépend de la configuration des composants de base du laser (fibre active, source de pompage, combinateur de haute puissance, etc. tôle le client est en train de traiter. Tout d'abord, la configuration des principaux composants du laser influe grandement sur son efficacité de traitement.

Des composants de base plus avancés et leur adaptation peuvent se traduire par une efficacité de traitement supérieure à celle d'autres marques de lasers de même puissance.

Deuxièmement, le type et l'épaisseur de la tôle traitée par le client doivent être pris en compte, ainsi que les différentes applications telles que le soudage et le recouvrement, qui peuvent encore influencer l'efficacité du traitement. Par conséquent, la simple comparaison de la puissance ne permet pas de mesurer l'efficacité du traitement.

Voyons comment les lasers Raycus de 12 kW, 20 kW et 30 kW se comparent lors de la découpe de différentes épaisseurs d'acier au carbone.

Des essais pratiques ont été réalisés en utilisant le multi-module 30 kW, le multi-module 20 kW et le multi-module 12 kW pour découper de l'acier au carbone. (L'air est le gaz auxiliaire lorsqu'il n'est pas spécifié dans le tableau).

Le tableau montre qu'un laser de 30 kW découpant de l'acier au carbone de 10 mm d'épaisseur avec une assistance pneumatique est 25% plus efficace qu'un laser de 20 kW. Bien qu'il y ait une augmentation de l'efficacité, l'avantage n'est pas très significatif. En revanche, lors de la découpe d'un acier au carbone de 25 mm d'épaisseur, l'avantage est évident, le laser de 30 kW étant 114,3% plus efficace que le laser de 20 kW (avec assistance à l'oxygène).

Découpe laser 30 kW d'un acier au carbone de 10 mm d'épaisseur
Application du produit Cas

Par conséquent, dans les applications pratiques, les clients doivent choisir le produit de haute puissance le mieux adapté au type et à l'épaisseur de la tôle qu'ils traitent. Si un client traite principalement des tôles fines, il doit choisir un produit de niveau kilowatt qui répond le mieux à ses besoins en matière d'efficacité de traitement.

S'ils traitent beaucoup de feuilles épaisses ou ont un volume de travail élevé, ils devraient opter pour un laser plus puissant de niveau kilowatt.

De nombreux clients choisissent d'équiper leurs machines d'un laser Raycus de 30 kW en raison de leur lourde charge de travail. Ils apprécient sa capacité à traiter des tôles fines, moyennes et épaisses, la vitesse de coupe, la qualité de la section transversale et d'autres exigences globales.

Les avantages sont évidents, en particulier lors de la découpe de tôles moyennes et épaisses à l'air, ce qui permet d'augmenter considérablement l'efficacité de traitement de l'usine, de réduire les coûts d'exploitation globaux et d'obtenir un retour sur investissement plus rapide.

Idée reçue n° 2 : un cœur de fibre plus petit est-il meilleur à puissance égale ?

Il est bien connu que l'augmentation de la puissance et de la luminosité sont les percées actuelles de la technologie laser. Certains fabricants de lasers ont propagé l'idée qu'un noyau de fibre plus petit signifiait une plus grande luminosité, amenant les clients à croire à tort que plus le noyau de fibre est petit, plus le laser est puissant. Il s'agit toutefois d'une idée fausse.

La luminosité des lasers est étroitement liée au produit des paramètres du faisceau (BPP), qui se calcule comme suit BPP=ω₀θʀ, où ω₀ est le rayon de la taille du faisceau et θʀ est l'angle de divergence du faisceau laser en champ lointain. Une valeur BPP plus faible indique une meilleure qualité de faisceau. La luminosité est définie comme la puissance dans une unité de surface et une unité d'angle solide, avec la luminosité Br=P/(πBPP)².

Deux conditions préalables à l'obtention d'une luminosité élevée sont l'augmentation de la puissance du laser et l'amélioration de la qualité du faisceau. Une amélioration unique ou combinée de ces deux aspects peut augmenter la luminosité du laser. S'il existe de nombreuses façons d'augmenter la puissance, l'amélioration de la qualité du faisceau ne passe pas nécessairement par l'utilisation d'une fibre dont le diamètre du cœur est plus petit.

En effet, le diamètre du cœur de la fibre ne peut être assimilé au diamètre de la taille du faisceau. Pour réduire la valeur du BPP et obtenir une meilleure qualité de faisceau, il est important de minimiser le cœur de la fibre sans augmenter l'angle de divergence du champ lointain.

BPP=ω₀*θʀ
  • ω₀=rayon de la taille
  • θʀ= angle de divergence du champ lointain

Dans les scénarios impliquant des lasers à fibre de très haute puissance, ce que les clients recherchent, c'est une augmentation de l'efficacité. Cet objectif peut être atteint de deux manières : premièrement, en améliorant l'efficacité de la conversion électro-optique du laser à fibre, ce qui permet de réaliser des économies d'énergie et de coûts ; deuxièmement, en améliorant l'efficacité globale du traitement, ce qui permet d'accroître la rentabilité. Le traitement laser est une tâche d'ingénierie des systèmes.

Ce n'est qu'en parvenant à une adéquation multidimensionnelle et à une amélioration mutuelle entre la machine-outil, le système, le trajet des gaz, la tête de traitement, la source laser, la tôle et la technologie de traitement que l'utilisation du système peut réellement être améliorée, générant des rendements optimaux.

La série de lasers à fibre kilowatt de Raycus Laser se targue d'une efficacité de conversion électro-optique de plus de 40% et optimise l'angle de divergence dans une large mesure, ce qui permet une meilleure adéquation avec les têtes de découpe et les systèmes de différentes configurations optiques de toutes les marques sur le marché. Cela permet de répondre aux besoins de découpe des clients pour les plaques minces, moyennes et épaisses.

Idée reçue 3 : Comment choisir entre un module unique et un module multiple pour une même puissance ?

Les modules laser à fibre sont divisés en modules simples et en modules multiples. Dans les applications de découpe, le point lumineux focalisé influe grandement sur la qualité de la découpe. Un laser kilowatt à module unique utilise l'amplification d'une seule fibre pour atteindre des niveaux de kilowatt, le faisceau étant distribué de manière presque gaussienne et l'énergie étant relativement concentrée.

Il utilise généralement la conversion de mode pour homogénéiser le faisceau, mais l'effet est sujet à des fluctuations considérables en raison de la cohérence de l'appareil.

Un laser kilowatt multi-modules utilise généralement plusieurs modules lumineux de 2000~6000 W pour former un faisceau combiné, ce qui permet de superposer plusieurs faisceaux et d'obtenir naturellement un effet d'homogénéisation avec une meilleure cohérence.

Comparaison des diagrammes de faisceau pour les lasers à fibre kilowatt à module unique et à modules multiples
(Les deux premiers sont des modules simples, les deux derniers sont des modules multiples)

L'avantage des lasers kilowatts à module unique réside dans leur rapidité à découper des plaques moyennement minces. Par rapport aux lasers multi-modules 12000, le laser mono-module 12000 a une efficacité supérieure en matière de coupe de l'acier inoxydable de différentes épaisseurs inférieures à 20 mm avec de l'azote ou de l'air.

Les lasers kilowatts multi-modules sont plus performants en matière d'homogénéisation du faisceau, ce qui les rend plus avantageux en termes de qualité de coupe pour les plaques épaisses. Certains clients ont des exigences très élevées pour la section d'usinage et préfèrent donc les lasers à fibre multi-modules.

En conclusion, il n'est pas possible d'établir une comparaison simple entre un module unique et un module multiple. Il s'agit de deux configurations de lasers à fibre, comme une voiture, où une berline est adaptée aux routes et un véhicule tout-terrain aux montagnes. Mais une berline peut encore traverser des montagnes, et un véhicule tout-terrain peut rouler sur des routes.

Par conséquent, le choix entre les lasers à fibre multimode et monomode dépend des besoins réels du client en matière de traitement.

Performance d'un module unique de 12 000 W coupant de l'acier au carbone de 6 mm.
Les performances d'un multi-module de 12000 W coupant de l'acier au carbone de 30 mm.

2. Comment choisir le bon produit laser kilowatt ?

Le choix du produit doit être basé sur les besoins de l'application du marché. Pour la plupart des utilisateurs professionnels, il est primordial de choisir un laser rentable en fonction des exigences d'un scénario d'application spécifique. Les clients peuvent évaluer leurs besoins de manière exhaustive en termes de traitement, de coût et de service.

Premièrement, en termes de besoins de traitement, les utilisateurs ont des exigences différentes en ce qui concerne l'épaisseur, la vitesse et l'efficacité du traitement. découpe de plaques. Par conséquent, lors du choix des produits laser, il est nécessaire de prendre en compte les besoins réels de traitement de l'usine quotidienne de découpe de plaques et d'épaisseurs.

Deuxièmement, tout en optimisant les besoins de traitement actuels, le coût d'utilisation du produit est également un facteur important à prendre en considération. Le coût d'utilisation du laser peut être comparé à partir de multiples aspects tels que l'efficacité de la conversion électro-optique du produit, le coût des temps d'arrêt et le prix d'achat.

Enfin, les lasers sont des produits en vrac à coût élevé et à longue durée de vie. Outre les paramètres de performance du produit (qualité du faisceau, efficacité de la conversion électro-optique, stabilité, etc. découpe de plaques les utilisateurs doivent également tenir compte de la garantie du produit et du service après-vente. De ce point de vue, il semble préférable d'opter pour une marque de laser bien connue.

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Shane
Auteur

Shane

Fondateur de MachineMFG

En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.

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