El corte por láser es la tecnología más antigua y más utilizada en el campo del procesamiento por láser y representa más del 70% de todo el campo. Es ampliamente utilizado en industrias como la maquinaria, la automoción, la aeroespacial, la textil ligera, la alimentaria y la de tratamientos médicos.
El corte por láser tradicional se limitaba principalmente al corte plano. Con el desarrollo de la tecnología de corte por láser, el procesamiento de piezas tridimensionales de forma libre se ha vuelto gradualmente posible.
Desde que Prima desarrolló la primera máquina de corte por láser de CO 2 de cinco ejes del mundo en 1979, las máquinas de corte por láser 3D han sido preferidas por su gran flexibilidad, alta precisión, requisitos mínimos de equipo de herramientas y corto tiempo de preparación de producción.
Actualmente, se utilizan ampliamente para procesar piezas 3D en industrias como la automovilística, la fabricación mecánica y la aeroespacial.
1. Tipos de máquinas de corte por láser 3D
Para garantizar la calidad del procesamiento y utilizar eficientemente la energía del rayo láser en el corte por láser 3D, el cabezal de corte debe moverse a lo largo de una trayectoria espacial predeterminada mientras el eje del rayo láser permanece perpendicular a la superficie de la pieza que se está cortando.
Por lo tanto, las máquinas de corte por láser 3D normalmente requieren al menos 5 ejes, incluidos tres ejes de movimiento lineal (X, Y, Z) y dos ejes giratorios (dos de los ejes A/B/C). Actualmente, existen dos estructuras básicas de máquinas de corte por láser 3D, estilo pórtico y estilo robótico, disponibles en el mercado comercial.
El primero suele tener una base o mesa de trabajo que proporciona un movimiento lineal a lo largo de los ejes X, Y y Z, mientras que el cabezal de corte proporciona los dos ejes restantes de movimiento giratorio (u oscilante).
Este último utiliza transmisión de fibra (o brazo articulado con espejos reflectantes internos) para integrarse con robots y realizar cortes por láser 3D.
La comparación de rendimiento de los dos se muestra en la Tabla 1.
Tabla 1: Comparación de rendimiento de máquinas de corte robóticas y de pórtico.
| Actuación | Estilo pórtico | Estilo robótico |
| Espacio de trabajo | Grande | Pequeño |
| Velocidad de procesamiento | Alto | Pequeño |
| Precisión de procesamiento | Bajo | Bajo |
| Capacidad de acercarse al área de procesamiento. | Pobre | Bien |
| Espacio | Grande | Pequeño |
El láser de alta potencia es un componente crítico de los equipos de corte por láser. Según el tipo de láser utilizado, las máquinas de corte por láser 3D generalmente se dividen en tres categorías: máquinas de corte por láser de fibra, máquinas de corte por láser de CO 2 y máquinas de corte por láser YAG.
La principal comparación de rendimiento de los tres tipos de máquinas de corte por láser se muestra en la Tabla 2.
Tabla 2: Comparación de rendimiento de máquinas de corte por láser de fibra, CO 2 y YAG.
| Actuación | Máquina cortadora láser de fibra | Máquina de corte por láser de CO2 | Máquina de corte por láser YAG |
| Tipos de materiales de procesamiento | Metal | Metal, no metálico | Metal |
| Velocidad cortante | Alto | Relativamente alto | Bajo |
| Precisión de corte | Alto | Alto | Relativamente alto |
| Eficiencia de conversión fotoeléctrica | Al rededor de 30% | Como 10% | Alrededor de 3% |
| Costo del equipo | Promedio | Alto | Bajo |
| Daño al cuerpo humano. | Alto | Bajo | Promedio |
| Posicionamiento en el mercado | Procesamiento de alta precisión de chapas finas con un espesor de ≤12 mm | Procesamiento de placas delgadas con un espesor de ≤8 mm de materiales de alta reflexión. | Procesamiento de metales y múltiples láminas no metálicas con espesores de 6-25 mm. |
En la actualidad, en el mercado comercial, las máquinas de corte por láser de fibra y las máquinas de corte por láser de CO2 son los principales tipos de máquinas de corte por láser 3D.
2. Estado de búsqueda en el país y en el extranjero
2.1 Máquina cortadora láser de fibra tridimensional
En comparación con el corte por láser de CO2 y el corte por láser YAG, el corte por láser de fibra tiene ciertas ventajas en cuanto a eficiencia de corte, eficiencia de conversión de energía fotoeléctrica, estructura de ruta óptica, costo de mantenimiento, precisión de corte, etc.
En los últimos años, el desarrollo de las máquinas de corte por láser de fibra ha sido rápido, reemplazando gradualmente a las máquinas de corte por láser de CO2 tradicionales y convirtiéndose en la nueva tendencia del mercado.
Actualmente, entre los fabricantes extranjeros de renombre que producen máquinas de corte por láser de fibra tridimensional se encuentran la alemana Trumpf, la italiana Prima Power, la estadounidense PREISER, así como las japonesas Komatsu, NTC, Koike, Mitsubishi, AMADA y MAZAK.
Entre ellos, TruLaser Cell 3000, TruLaser Cell 5030, TruLaser Cel 8030 de Trumpf, Rapido de Prima Power, Laserdyne 75G, la serie TLH-N de Komatsu y LCG3015AJ II de AMADA y otros productos de máquinas de corte por láser de fibra tridimensional tienen alta visibilidad.
La máquina herramienta de procesamiento láser de cinco ejes TruLaser Cell 3000 adopta una estructura modular y puede utilizar una variedad de láseres. Puede implementar procesos como soldadura, corte y revestimiento por láser reemplazando el cabezal de procesamiento por láser. También es fácil lograr la automatización de máquinas herramienta y puede satisfacer las necesidades de la producción en masa. La precisión de posicionamiento es relativamente alta, con una precisión de posicionamiento del eje XNZ de ±0,015 mm y una precisión de posicionamiento de los ejes A, C de 0,02°.
La máquina de corte por láser 3D TruLaser Cell 8030 es adecuada para el corte rápido de paneles laterales de vehículos termoformados a gran escala. El rango de movimiento de su eje X/Y/Z es de 3000 mm/1300 mm/600 mm y la aceleración del eje es de 4 g. También adopta una mesa de procesamiento giratoria optimizada, que reduce en gran medida el tiempo de no producción y mejora la eficiencia y la productividad, como se muestra en la Figura 1.
La máquina de corte por láser de 5 ejes Rapido 3D utiliza un láser de fibra de 2,0-4,0 kW, que proporciona un procesamiento flexible para diversas aplicaciones de corte y soldadura. La máquina dispone de un sistema de prevención de colisiones, así como de accionamiento directo que elimina el retroceso y el desgaste.
La máquina de procesamiento láser de ejes múltiples Laserdyne 795 utiliza superficies de mecanizado de alta precisión y tornillos de accionamiento de gran diámetro y alta rigidez, lo que proporciona una alta precisión mecánica y la hace adecuada para aplicaciones de corte de alta velocidad. También es compatible con diferentes tipos de fuentes láser como fibra, CO 2 y YAG, como se muestra en la Imagen 2.
La máquina de corte por láser con control de 5 ejes 3D de velocidad ultraalta serie TLH-N presenta alta rigidez, alta velocidad (velocidad de desplazamiento rápida del eje X/Y/Z de 100 m/min, eje A/C de 540°/s), buena operatividad y diseño abierto en un solo lado con alta accesibilidad.
La máquina de procesamiento láser de fibra de alta eficiencia LCG3015AJⅡ tiene una velocidad de desplazamiento rápida de hasta 170 m/min y una velocidad de avance de mecanizado de 120 m/min. Tiene una alta eficiencia de producción, buena escalabilidad y una nueva solución de mejora digital para el procesamiento de chapa, desde la mejora del proceso hasta la renovación de la fábrica, como se muestra en la Imagen 3.
La industria del láser industrial de China comenzó relativamente tarde y existe una brecha significativa en la investigación y el desarrollo de la tecnología de corte por láser comercial en comparación con los países desarrollados. Dado que el gobierno chino incluyó la tecnología de procesamiento láser como un proyecto de investigación científica y tecnológica clave, ha habido un aumento del interés en la industria y cada vez más empresas e instituciones de investigación han iniciado investigaciones tecnológicas relevantes.
En la actualidad, varias empresas chinas han lanzado productos de máquinas cortadoras por láser de fibra 3D, incluidas Hans Laser, HG Laser, Chutian Laser, Bystronic Dne, Gweike y LeMing Laser.
Entre ellos, la máquina de corte por láser de fibra HyRobot C20 de Hans Laser, la máquina de corte por láser 3D para automóviles de 5 ejes AUTOBOT de HG Laser, la máquina de corte por láser 3D de 5 ejes de la serie SF, el corte por láser de fibra con mesa de cambio automático cerrado grande FC-CBD de Dne Laser, La máquina cortadora láser 3D para automóviles de 5 ejes FK3015S de Focus Laser, la máquina cortadora láser 3D de 5 ejes STK-S-Stark 3015 y el equipo de corte láser inteligente multieje LMR 3D de LeiMing Laser son productos bien conocidos.
En la actualidad, los principales indicadores técnicos de los productos nacionales de máquinas cortadoras por láser de fibra 3D no son muy diferentes de los de los productos convencionales extranjeros, como se muestra en la Tabla 3.
Tabla 3: Principales indicadores técnicos de las máquinas de corte por láser de fibra 3D.
| Nombre | Parámetros técnicos | |
| Ejes Lineales (ejes X/Y/Z) |
Velocidad de posicionamiento /mm/min |
50-120 |
| Aceleración de posicionamiento /EN 2 |
0,8-1,0 | |
| Precisión de posicionamiento /mm |
±0,05-0,03 | |
| Precisión de posicionamiento repetible /mm |
±0,05-0,01 | |
| Ejes rotativos (Ejes C/B/A) |
Velocidad de posicionamiento /°·s) |
540-720 |
| Aceleración de posicionamiento / (°·s -2 ) |
3600-6000 | |
| Precisión de posicionamiento /° |
0,02-0,015 | |
| Precisión de posicionamiento repetible /° |
0,01-0,005 |
2.2 Máquina de corte por láser de CO 2 tridimensional
Las máquinas de corte por láser de CO 2 se utilizan actualmente ampliamente para procesar acero inoxidable con un espesor no superior a 12 mm y materiales no metálicos con un espesor no superior a 25 mm. Se han utilizado ampliamente en el corte y procesamiento de piezas interiores y exteriores de automóviles y piezas no metálicas en otras industrias.
Actualmente, los principales fabricantes extranjeros de máquinas de corte por láser de CO2 incluyen a la alemana Trumpf, la italiana Prima Power y las japonesas Komatsu y NTC, entre otras. Entre ellas, la máquina de corte láser tridimensional Tru Laser Cell 7040 2 de CO de Trumpf, la máquina de corte láser de 5 ejes Optimo 3D de Prima Power, la máquina de corte láser 3D de control de 5 ejes serie TLM de Komatsu y la TLM610 3D 5 de NTC. La máquina de corte por láser de eje con mesa de trabajo de doble cambio son productos bien conocidos.
La máquina de corte por láser tridimensional TruLaser Cell 7040 2 CO tiene un desplazamiento del eje XY/Z de 4000 mm × 2000 mm × 1000 mm, un desplazamiento del eje B/C de ± 135° y un eje de 4g. Tiene múltiples áreas de trabajo que se pueden seleccionar cómodamente según las necesidades y se pueden utilizar múltiples láseres. Puede realizar una variedad de técnicas de procesamiento, como soldadura, corte y revestimiento con láser, reemplazando el cabezal de procesamiento láser como se muestra en la Imagen 4.
La máquina de corte láser de 5 ejes Optimo 3D también es adecuada para cortar y soldar piezas grandes, con un recorrido del eje XNZ de 4500 mm × 2500 mm × 1020 mm y un recorrido del eje B/A de ± 135° y 360°. Utiliza un flujo axial rápido de 2,5-4 kW y un láser de CO 2 plano. Como se muestra en la Imagen 5.
La máquina cortadora láser 3D de 5 ejes TLM610 adopta una base tipo pórtico, una mesa de trabajo móvil, un cabezal de corte de un solo punto y una caja de control oscilante con tecnología patentada, una estructura de boquilla de corte especial, un sistema CNC TDLC-04R de alto rendimiento y proporciona programación fuera de línea.
En la actualidad, el corte por láser de CO 2 doméstico se utiliza principalmente en productos de máquinas de corte 2D, como la máquina de corte por láser MS-1380 desarrollada por Mingsheng Laser Technology Co., Ltd. y la máquina de corte por láser ZT -CC1610 desarrollada por Zongtong Laser Technology. Co., Ltd. Actualmente no hay productos comerciales de máquinas de corte por láser de CO 2 3D disponibles.
3. Tendencias de desarrollo
(1) Alta potencia
El aumento de la potencia del láser puede mejorar la capacidad y la eficiencia del procesamiento y al mismo tiempo reducir los costos de procesamiento. A medida que el coste de los láseres disminuye, la potencia de los productos convencionales en el corte 3D Las máquinas aumentaron de 2kW y 3kW hace varios años a 4kW y 6kW.
Hoy en día, han surgido incluso productos a nivel de megavatios y se cree que los productos a nivel de megavatios se convertirán en la corriente principal del mercado en los próximos años.
(2) Alta velocidad y alta precisión
Mejorar la velocidad y la precisión del posicionamiento ayuda a mejorar la eficiencia del mecanizado y cumplir con los requisitos de rendimiento de las máquinas de ingeniería y otros productos de alto valor agregado, aumentando así la competitividad del producto.
En la actualidad, la velocidad de posicionamiento de las máquinas cortadoras convencionales es de 100 m/min, mientras que la velocidad de posicionamiento más alta de las máquinas cortadoras de alta velocidad puede alcanzar los 280 m/min.
(3) Inteligencia
La automatización y la inteligencia en las operaciones son requisitos de la Industria 4.0 y la fabricación inteligente. Cada vez más empresas prestan atención a la inteligencia de las máquinas herramienta, como sistemas abiertos, descarga automática, autodiagnóstico de fallos, gestión inteligente de datos de procesos, control remoto, etc.
(4) Diversificación de funciones
Ampliar la gama de mecanizado de máquinas herramienta puede aumentar la flexibilidad y adaptabilidad de las máquinas herramienta, aumentando así la competitividad del producto. Muchos productos avanzados de máquinas de corte 3D en el extranjero tienen una amplia gama de procesos.
Por ejemplo, las máquinas de corte por láser 3D TruLaser Cel3000 y TruLaser CⅡ7040 de Trumpf tienen funciones de deposición de metal de soldadura y corte 3D. La máquina de corte por láser Rapido 3D de 5 ejes de Prima Power puede utilizar múltiples láseres para satisfacer las necesidades de diversos procesos de soldadura y corte.
4. Conclusión
En el contexto de la transformación del procesamiento tradicional a la producción de alta calidad en el sector industrial de China, la industria del corte por láser continuará manteniendo una tendencia de desarrollo de alta velocidad.
En el futuro, los equipos de corte por láser 3D evolucionarán hacia alta potencia, alta velocidad y alta precisión, inteligencia y diversificación de funciones.
En la actualidad, en comparación con países desarrollados como Alemania, Japón e Italia, todavía existe una gran brecha entre China en términos de productos de máquinas de corte por láser 3D, así como componentes centrales como cabezales de corte por láser y láseres de alta potencia, y principales aspectos técnicos. áreas como la investigación y desarrollo de máquinas de corte por láser y la investigación y desarrollo de sistemas CNC de alto rendimiento.
Por ello, el personal científico y tecnológico debe seguir realizando investigaciones en profundidad.
