Escolher o laser de fibra de alta potência correto para as suas necessidades industriais pode ser uma tarefa difícil. Uma potência mais elevada significa sempre uma melhor eficiência? Não necessariamente. Este guia explora equívocos comuns e factores-chave a considerar, tais como componentes do núcleo do laser, espessura da chapa metálica e tipos de aplicação. Ficará a saber como tomar uma decisão informada para maximizar a eficiência do processamento e a relação custo-eficácia. Continue a ler para descobrir as melhores opções de laser para os seus requisitos específicos.
De acordo com o Relatório de Desenvolvimento da Indústria Laser da China, o mercado nacional de lasers de fibra registou um aumento constante da potência e do desempenho dos lasers de fibra produzidos localmente. Em termos de volume de expedição, os lasers de fibra domésticos de média e baixa potência ultrapassaram os seus homólogos estrangeiros, substituindo efetivamente as importações.
Os lasers de fibra padrão nacionais com potência ultra-alta superior a 10 kW estão também a aproximar-se do volume de expedição de produtos estrangeiros da mesma gama de potência. Isto indica que os lasers de fibra produzidos internamente estão a ser gradualmente aceites no mercado nacional, à medida que as suas capacidades independentes de investigação e desenvolvimento se continuam a reforçar.
À medida que os requisitos de processamento do mercado industrial para produtos laser se tornam cada vez mais exigentes, a procura de lasers de alta potência está a aumentar. No entanto, com uma grande variedade de opções de lasers de quilowatts disponíveis no mercado nacional, os clientes ficam muitas vezes confusos sobre qual o equipamento mais adequado às suas necessidades.
Nos últimos anos, a alta potência tornou-se, de facto, cada vez mais popular na processamento a laser indústria. Raycus O laser serve de exemplo. No ano passado, as vendas de lasers com potência superior a 10 kW ultrapassaram as 2380 unidades (com um total histórico de 3200 unidades), um aumento de 243% em relação a 2020, ultrapassando largamente outros concorrentes nacionais. Em termos de potência, os produtos laser de fibra contínua da Raycus Laser atingiram os 100 kW, o que é um facto inédito no país.
Mas será que uma maior potência se traduz necessariamente numa maior eficiência de processamento dos produtos laser? A resposta é não necessariamente. Isto depende da configuração dos componentes principais do laser (fibra ativa, fonte de bomba, combinador de alta potência, etc.) e do tipo e espessura do chapa metálica o cliente está a processar. Em primeiro lugar, a configuração dos componentes principais do laser influencia grandemente a sua eficiência de processamento.
Os componentes principais mais avançados e a sua combinação podem resultar numa eficiência de processamento superior à de outras marcas de lasers com a mesma potência.
Em segundo lugar, há que ter em conta o tipo e a espessura da chapa metálica processada pelo cliente, bem como as diferentes aplicações, como a soldadura e a sobreposição, que podem influenciar ainda mais a eficiência do processamento. Por conseguinte, a simples comparação da potência não fornece uma medida da eficiência do processamento.
Vejamos como se comparam os lasers Raycus de 12 kW, 20 kW e 30 kW no corte de diferentes espessuras de aço-carbono.
O quadro mostra que um laser de 30 kW que corte aço-carbono de 10 mm de espessura com assistência de ar é 25% mais eficiente do que um laser de 20 kW. Embora se registe um aumento da eficiência, a vantagem não é muito significativa. No entanto, ao cortar aço-carbono com 25 mm de espessura, a vantagem é clara, sendo o laser de 30 kW 114,3% mais eficiente do que o laser de 20 kW (com assistência de oxigénio).
Por conseguinte, em aplicações práticas, os clientes devem escolher o produto de alta potência mais adequado ao tipo e espessura da chapa metálica que estão a processar. Se um cliente processar principalmente chapas finas, deve escolher um produto de nível de quilowatt que melhor satisfaça as suas necessidades de eficiência de processamento.
Se processarem muitas chapas grossas ou tiverem um elevado volume de trabalho, devem optar por um laser de nível de quilowatts de maior potência.
Muitos clientes optam por equipar as suas máquinas com um laser Raycus de 30 kW devido à sua elevada carga de trabalho. Apreciam a sua capacidade de lidar com chapas finas, médias e grossas, velocidade de corte, qualidade da secção transversal e outros requisitos abrangentes.
Especialmente ao cortar chapas médias e grossas com ar, as vantagens são claras, aumentando significativamente a eficiência de processamento da fábrica, reduzindo os custos operacionais gerais e obtendo um retorno mais rápido do investimento.
É bem sabido que uma maior potência e brilho são os avanços actuais na tecnologia laser. Alguns fabricantes de laser têm propagado a crença de que um núcleo de fibra mais pequeno significa maior brilho, levando os clientes a acreditar erradamente que quanto mais pequeno for o núcleo de fibra, mais potente é o laser. No entanto, esta é uma ideia errada.
O brilho nos lasers está intimamente relacionado com o produto do parâmetro do feixe (BPP), que é calculado como BPP=ω₀θʀ, em que ω₀ é o raio da cintura do feixe e θʀ é o ângulo de divergência do feixe laser no campo distante. Um valor BPP mais baixo indica uma melhor qualidade do feixe. O brilho é definido como a potência numa unidade de área e numa unidade de ângulo sólido, sendo o brilho Br=P/(πBPP)².
Dois pré-requisitos para alcançar um brilho elevado são o aumento da potência do laser e a melhoria da qualidade do feixe. Uma melhoria simples ou combinada destes dois aspectos pode aumentar o brilho do laser. Embora existam várias formas de aumentar a potência, melhorar a qualidade do feixe não significa necessariamente utilizar uma fibra com um diâmetro de núcleo mais pequeno.
Isto deve-se ao facto de o diâmetro do núcleo da fibra não poder ser equiparado ao diâmetro da cintura do feixe. Para reduzir o valor BPP e obter uma melhor qualidade do feixe, é importante minimizar o núcleo da fibra sem aumentar o ângulo de divergência do campo distante.
Em cenários que envolvem lasers de fibra de potência ultra-alta, o que os clientes procuram é um aumento da eficiência. Isto pode ser conseguido de duas formas: em primeiro lugar, melhorando a eficiência de conversão electro-ótica do laser de fibra, conduzindo a poupanças de energia e de custos; e, em segundo lugar, melhorando a eficiência global do processamento, aumentando assim a rentabilidade. O processamento laser é uma tarefa de engenharia de sistemas.
É apenas através da obtenção de uma correspondência multidimensional e de uma melhoria mútua entre a máquina-ferramenta, o sistema, o percurso do gás, a cabeça de processamento, a fonte de laser, a chapa metálica e a tecnologia de processamento que a utilização do sistema pode ser verdadeiramente melhorada, gerando rendimentos óptimos.
A série kilowatt de lasers de fibra da Raycus Laser apresenta uma eficiência de conversão electro-ótica superior a 40% e optimiza o ângulo de divergência em grande medida, permitindo uma melhor combinação com cabeças de corte e sistemas de diferentes configurações ópticas de todas as marcas no mercado. Isto atende bem às necessidades de corte dos clientes para chapas finas, médias e grossas.
Os módulos de laser de fibra dividem-se em módulo único e multi-módulo. Nas aplicações de corte, o ponto de luz focado afecta grandemente a qualidade do corte. Um laser de quilowatt de módulo único utiliza uma amplificação de fibra única para atingir níveis de quilowatt, sendo o feixe distribuído de forma quase gaussiana e a energia é relativamente concentrada.
Normalmente, utiliza a conversão de modo para obter a homogeneização do feixe, mas o efeito está sujeito a flutuações consideráveis devido à consistência do dispositivo.
Um laser de quilowatt multi-módulo utiliza normalmente vários módulos de luz de 2000~6000 W para formar um feixe combinado, conseguindo a sobreposição de vários feixes e formando naturalmente um efeito de homogeneização com melhor consistência.
A vantagem dos lasers de módulo único de quilowatts reside na sua velocidade de corte de chapas de espessura média. Em comparação com os lasers 12000 de vários módulos, o laser 12000 de módulo único tem uma eficiência superior em corte de aço inoxidável de várias espessuras inferiores a 20 mm com assistência de azoto ou ar.
Os lasers multi-módulos de quilowatts têm um melhor desempenho na homogeneização do feixe, o que os torna mais vantajosos em termos de qualidade de corte para placas espessas. Alguns clientes têm requisitos muito elevados para a secção de maquinação, pelo que continuam a preferir lasers de fibra multi-módulos.
Em conclusão, não é possível efetuar uma comparação simples entre um módulo único e um módulo múltiplo. São ambas configurações de lasers de fibra, como um automóvel, em que um sedan é adequado para estradas e um veículo todo-o-terreno é adequado para montanhas. Mas um sedan ainda pode atravessar montanhas e um veículo todo-o-terreno pode circular em estradas.
Por conseguinte, a escolha entre lasers de fibra multimodo e monomodo depende das necessidades reais de processamento do cliente.
A escolha do produto deve basear-se nas necessidades de aplicação do mercado. Para a maioria dos utilizadores empresariais, é fundamental escolher um laser rentável com base nos requisitos do cenário de aplicação específico. Os clientes podem avaliar exaustivamente as suas necessidades em termos de processamento, custos e serviços.
Em primeiro lugar, em termos de necessidades de processamento, os diferentes utilizadores têm diferentes requisitos em termos de espessura, velocidade e eficiência da corte de chapa. Por conseguinte, ao escolher os produtos laser, é necessário ter em conta as necessidades reais de processamento das chapas e espessuras de corte diárias da fábrica.
Em segundo lugar, ao maximizar as necessidades de processamento actuais, o custo de utilização do produto é também um fator importante a considerar. O custo de utilização do laser pode ser comparado a partir de vários aspectos, como a eficiência de conversão electro-ótica do produto, o custo do tempo de inatividade e o preço de compra.
Por último, os lasers são produtos a granel de elevado custo e longa vida útil. Para além dos parâmetros de desempenho do produto (qualidade do feixe, eficiência da conversão electro-ótica, estabilidade, etc.) e corte de chapa os utilizadores também têm de ter em conta a garantia do produto e o serviço pós-venda. Nesta perspetiva, optar por uma marca de laser bem conhecida parece ser uma melhor escolha.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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