Según el Informe sobre el desarrollo de la industria del láser de China, el mercado nacional de láseres de fibra ha experimentado un aumento constante en la potencia y el rendimiento de los láseres de fibra producidos localmente. En términos de volumen de envío, los láseres de fibra de potencia media y baja estándar nacionales han superado a sus homólogos extranjeros, reemplazando efectivamente las importaciones.
Los láseres de fibra estándar nacionales con potencia ultraalta superior a 10 kW también se están acercando al volumen de envío de productos extranjeros en el mismo rango de potencia. Esto indica que los láseres de fibra producidos en el país están siendo aceptados gradualmente en el mercado interno a medida que sus capacidades independientes de investigación y desarrollo continúan fortaleciéndose.
A medida que los requisitos de procesamiento de productos láser del mercado industrial se vuelven cada vez más exigentes, aumenta la demanda de láseres de alta potencia. Sin embargo, con una gran cantidad de opciones de láser de kilovatios disponibles en el mercado nacional, los clientes a menudo no saben qué equipo se adapta mejor a sus necesidades.
1. Conceptos erróneos comunes sobre la selección del láser de fibra
Concepto erróneo 1: ¿Mayor potencia significa mayor eficiencia de procesamiento?
En los últimos años, la alta potencia se ha vuelto cada vez más popular en la industria del procesamiento láser. Raycus Laser sirve como ejemplo. El año pasado, las ventas de láseres con potencia superior a 10 kW superaron las 2.380 unidades (con un total histórico de 3.200 unidades), un aumento del 243% respecto a 2020, superando ampliamente a otros competidores nacionales. En términos de potencia, los productos láser de fibra continua de Raycus Laser han alcanzado hasta 100 kW, que es el primero en el país.
Pero, ¿una mayor potencia se traduce necesariamente en una mayor eficiencia de procesamiento para los productos láser? La respuesta no es necesariamente. Esto depende de la configuración de los componentes principales del láser (fibra activa, fuente de bombeo, combinador de alta potencia, etc.) y del tipo y espesor de la chapa que el cliente está procesando. En primer lugar, la configuración de los componentes principales del láser influye en gran medida en su eficiencia de procesamiento.
Los componentes centrales más avanzados y su combinación pueden dar como resultado una mayor eficiencia de procesamiento que otras marcas de láseres de la misma potencia.
En segundo lugar, se debe tener en cuenta el tipo y el espesor de la chapa procesada por el cliente, así como las diferentes aplicaciones, como la soldadura y el solapado, que pueden influir aún más en la eficiencia del procesamiento. Por lo tanto, simplemente comparar la potencia no proporciona una medida de la eficiencia del procesamiento.
Echemos un vistazo a cómo se comparan los láseres Raycus de 12 kW, 20 kW y 30 kW al cortar diferentes espesores de acero al carbono.
La tabla muestra que un láser de 30 kW que corta acero al carbono de 10 mm de espesor con ayuda de aire es un 25% más eficiente que un láser de 20 kW. Aunque hay un aumento de la eficiencia, la ventaja no es muy significativa. Sin embargo, al cortar acero al carbono de 25 mm de espesor, la ventaja es clara: el láser de 30 kW es un 114,3 % más eficiente que el láser de 20 kW (con asistencia de oxígeno).
Por lo tanto, en aplicaciones prácticas, los clientes deben elegir el producto de alta potencia que mejor se adapte al tipo y espesor de chapa que están procesando. Si un cliente procesa principalmente láminas delgadas, debe elegir un producto de nivel de kilovatios que mejor satisfaga sus necesidades de eficiencia de procesamiento.
Si procesan muchas planchas gruesas o tienen un gran volumen de trabajo, deberían optar por un láser de nivel de kilovatios de mayor potencia.
Muchos clientes optan por equipar sus máquinas con un láser Raycus de 30 kW debido a su elevada carga de trabajo. Aprecian su capacidad para manejar láminas delgadas, medianas y gruesas, su velocidad de corte, la calidad de la sección transversal y otros requisitos integrales.
Especialmente al cortar láminas medianas y gruesas con aire, las ventajas son claras: aumentan significativamente la eficiencia de procesamiento de la fábrica, reducen los costos operativos generales y logran un retorno de la inversión más rápido.
Concepto erróneo 2: ¿Es mejor un núcleo de fibra más pequeño al mismo nivel de potencia?
Es bien sabido que mayor potencia y brillo son los avances actuales en la tecnología láser. Algunos fabricantes de láser han propagado la creencia de que un núcleo de fibra más pequeño significa mayor brillo, lo que lleva a los clientes a creer erróneamente que cuanto más pequeño es el núcleo de fibra, más potente es el láser. Sin embargo, esto es un error.
El brillo en los láseres está estrechamente relacionado con el producto del parámetro del haz (BPP), que se calcula como BPP = ω₀ θʀ, donde ω₀ es el radio de cintura del haz y θʀ es el ángulo de divergencia de campo lejano del rayo láser. Un valor de BPP más bajo indica una mejor calidad del haz. El brillo se define como la potencia dentro de una unidad de área y una unidad de ángulo sólido, con brillo Br=P/(π PPB)².
Dos requisitos previos para lograr un alto brillo son aumentar la potencia del láser y mejorar la calidad del haz. Una mejora única o combinada en estos dos aspectos puede aumentar el brillo del láser. Si bien existen algunas formas de aumentar la potencia, mejorar la calidad del haz no significa necesariamente utilizar una fibra con un diámetro de núcleo más pequeño.
Esto ocurre porque el diámetro del núcleo de la fibra no puede equipararse al diámetro de la cintura del haz. Para reducir el valor de BPP y obtener una mejor calidad del haz, es importante minimizar el núcleo de la fibra sin aumentar el ángulo de divergencia del campo lejano.
- ω₀ = radio de cintura
- θʀ = ángulo de divergencia del campo lejano
En escenarios que involucran láseres de fibra de muy alta potencia, lo que los clientes buscan es un aumento de la eficiencia. Esto se puede lograr de dos maneras: en primer lugar, aumentando la eficiencia de conversión electroóptica del láser de fibra, lo que genera ahorros de energía y costos; y en segundo lugar, mejorar la eficiencia general del procesamiento, aumentando así la rentabilidad. El procesamiento láser es una tarea de ingeniería de sistemas.
Sólo logrando una correspondencia multidimensional y una mejora mutua entre la máquina herramienta, el sistema, la ruta del gas, el cabezal de procesamiento, la fuente láser, la chapa y la tecnología de procesamiento se puede mejorar realmente la utilización del sistema, generando retornos óptimos.
La serie de láseres de fibra de kilovatios de Raycus Laser tiene una eficiencia de conversión electroóptica de más del 40% y optimiza en gran medida el ángulo de divergencia, lo que permite una mejor combinación con cabezales de corte y sistemas de diferentes configuraciones ópticas de todas las marcas del mercado. Esto satisface bien las necesidades de corte de los clientes para láminas delgadas, medianas y gruesas.
Concepto erróneo 3: ¿Cómo elegir entre un solo módulo y varios módulos con la misma potencia?
Los módulos láser de fibra se dividen en módulo único y módulo múltiple. En aplicaciones de corte, el punto de luz enfocado afecta en gran medida la calidad del corte. Un láser de kilovatios de un solo módulo utiliza amplificación de una sola fibra para alcanzar niveles de kilovatios, con el haz distribuido casi gaussiano y la energía está relativamente concentrada.
Generalmente utiliza conversión de modo para lograr la homogeneización del haz, pero el efecto está sujeto a fluctuaciones considerables debido a la consistencia del dispositivo.
Un láser de kilovatios de múltiples módulos normalmente utiliza múltiples módulos de luz de 2000~6000W para formar un haz combinado, logrando la superposición de múltiples haces y formando naturalmente un efecto de homogeneización con mejor consistencia.
(Los dos superiores son de un solo módulo, los dos inferiores son de varios módulos)
La ventaja de los láseres de kilovatios de un solo módulo radica en la velocidad de corte de placas de espesor medio. En comparación con los láseres 12000 de módulos múltiples, el láser 12000 de módulo único tiene una eficiencia superior en el corte de acero inoxidable de varios espesores por debajo de 20 mm con asistencia de nitrógeno o aire.
Los láseres de varios módulos de kilovatios tienen un mejor rendimiento de homogeneización del haz, lo que los hace más ventajosos en términos de calidad de corte para láminas gruesas. Algunos clientes tienen requisitos muy altos para la sección de mecanizado, por lo que todavía prefieren los láseres de fibra de módulos múltiples.
En conclusión, una simple comparación entre un módulo único y varios módulos no es viable. Ambas son configuraciones de láseres de fibra, como un automóvil, donde un sedán es adecuado para carreteras y un vehículo todoterreno es adecuado para montañas. Pero un sedán todavía puede cruzar montañas y un vehículo todoterreno puede circular por carreteras.
Por lo tanto, la elección entre láseres de fibra multimodo y monomodo depende de las necesidades de procesamiento reales del cliente.
2. ¿Cómo elegir el producto láser de kilovatios adecuado?
La elección del producto debe basarse en las necesidades de aplicación del mercado. Para la mayoría de los usuarios empresariales, es fundamental elegir un láser rentable en función de los requisitos específicos del escenario de aplicación. Los clientes pueden evaluar exhaustivamente sus necesidades en términos de procesamiento, costos y servicios.
En primer lugar, en términos de necesidades de procesamiento, diferentes usuarios tienen diferentes requisitos en cuanto al espesor de la hoja, la velocidad y la eficiencia de corte. Por lo tanto, al elegir productos láser, es necesario considerar las necesidades reales de procesamiento del corte y espesor de placas diarios de la fábrica.
En segundo lugar, si bien se maximizan las necesidades de procesamiento actuales, el costo de uso del producto también es un factor importante a considerar. El costo del uso del láser se puede comparar desde varios aspectos, como la eficiencia de conversión electroóptica del producto, el costo del tiempo de inactividad y el precio de compra.
Por último, los láseres son productos a granel de alto coste y con una larga vida útil. Además de los parámetros de rendimiento del producto (calidad del haz, eficiencia de conversión electroóptica, estabilidad, etc.) y los requisitos de corte de láminas, los usuarios también deben considerar la garantía del producto y el servicio posventa. Desde esta perspectiva, optar por una marca de láser conocida parece la mejor opción.
