Quelle hauteur

Sep 03, 2023

Les lasers haute puissance sont demandés pour toutes sortes de besoins de découpe, pas seulement pour les matériaux épais.

Les fabricants n'ont pas besoin d'être un expert en technologie de découpe au laser à fibre pour savoir que s'ils peuvent couper une plaque de 0,25 pouce avec un laser de 4 kW, ils peuvent la couper plus rapidement avec une source d'alimentation laser de 8 kW. Pensez maintenant à ce qu'ils peuvent faire avec une machine de découpe laser à fibre de 12 kW. Qu'en est-il d'un 15 kW?

Ces choix sont disponibles pour les fabricants de métaux aujourd'hui, mais se concentrer uniquement sur la découpe de métaux épais avec ces nouveaux lasers à fibre haute puissance serait une erreur. Ces machines de 10, 12 et même 15 kW peuvent faire bien plus que couper des matériaux épais, même si cela peut être la première chose qui vient à l'esprit d'un fabricant de métaux lorsqu'il parle de ces puissantes machines-outils. La réalité est qu'une grande majorité d'entreprises de fabrication de métaux en Amérique du Nord traitent du métal de 0,25 po ou moins. Il n'y a tout simplement pas beaucoup d'ateliers nécessitant la découpe au laser de métaux spéciaux très épais pour quelque chose comme des réacteurs nucléaires. Ces types d'applications ne sont pas abondants.

L'histoire de la technologie laser à fibre haute puissance consiste à réduire le temps de traitement de la découpe au laser. C'est pourquoi nous voyons des fabricants de métaux acheter une machine de découpe laser haute puissance pour remplacer deux ou même trois lasers plus anciens. Ils peuvent retirer les pièces du lit laser plus rapidement et à moindre coût qu'auparavant.

Ce n'est qu'au milieu des années 2000 que les machines de découpe laser CO2 de grande puissance ont été considérées comme l'outil nécessaire pour traiter la plaque rapidement et efficacement pour la création de kits de blindage pour les véhicules des troupes américaines déployés en Afghanistan et en Irak. Les engins explosifs improvisés constituaient une menace énorme et les kits protégeaient le personnel militaire d'une manière que les véhicules de transport nus ne pouvaient pas.

Quelques années plus tard seulement, la technologie laser à fibre a fait ses débuts et son taux d'adoption a explosé au milieu de cette décennie. Sans avoir à se soucier du nettoyage du miroir ou de la lentille, des vérifications des soufflets et des alignements des faisceaux, les fabricants ont trouvé un nouvel outil de coupe qui nécessitait peu d'entretien et qui coûtait environ la moitié du coût de fonctionnement d'un système au CO2.

Le laser à fibre produit également une longueur d'onde de faisceau qui est environ 10 fois plus courte que la longueur d'onde de faisceau de 10 microns associée à un résonateur CO2. Ce faisceau focalisé produit une densité de puissance plus élevée qui, associée au taux d'absorption plus élevé de la technologie, se traduit par une vitesse de coupe largement supérieure à celle d'un laser CO2, en particulier dans les épaisseurs de matériau inférieures à 0,25 pouce.

Avec la technologie laser à fibre, les fabricants peuvent augmenter la puissance de ces machines-outils en ajoutant des modules de production laser. (Dans les modules, la lumière émise par les diodes semi-conductrices est excitée dans des fibres optiques dopées à l'ytterbium jusqu'à ce que le laser soit produit ; tous les modules sont épissés sur une fibre active, qui est ensuite utilisée pour délivrer le faisceau laser.) C'est pourquoi la récente augmentation des puissances s'est produite si rapidement : d'un point de vue purement technologique, ajouter de la puissance n'est pas complexe. En fait, les systèmes de soudage au laser à fibre peuvent aujourd'hui dépasser 100 kW dans certains cas.

La raison pour laquelle les fabricants n'ont pas de systèmes de 100 kW dans leurs ateliers est que les systèmes de livraison de faisceaux ne peuvent tout simplement pas gérer autant de puissance. C'est pourquoi tant de recherches sont menées sur la conception des têtes de coupe. Chaque fabricant de système de découpe laser cherche à produire une tête de découpe fiable capable de fournir le faisceau laser à fibre pendant une durée prolongée face à des conditions de découpe difficiles, ce qui est plus que susceptible de se produire lors de la découpe de matériaux épais.

Ces dernières années, ces mêmes fabricants de machines-outils ont développé des optiques de tête de coupe capables de moduler la taille du faisceau lors de la coupe. Ce développement technologique a propulsé les machines de découpe laser à fibre au lieu d'être strictement un outil de découpe de tôles minces. Au fur et à mesure que le matériau devient plus épais, un faisceau plus large est nécessaire pour créer plus de trait de scie afin que le métal en fusion puisse être retiré.

Que signifient les lasers à fibre haute puissance pour un atelier de fabricationQu'est-ce que les lasers à fibre haute puissance signifient pour un atelier de fabricationQuelle est la puissance d'un laser à fibre dont un fabricant a besoin ? Une entreprise doit examiner la plage d'épaisseur typique qui représente 80 % de son travail. S'il est vraiment mince, un laser de 15 kW n'est probablement pas nécessaire. (Même si un atelier disposait d'un laser à fibre de 15 kW, il réduirait la puissance à 6 kW et couperait ce matériau fin à une vitesse très rapide et à faible coût.)

Voici quelques règles générales pour couper des métaux communs tels que l'acier, l'acier inoxydable ou l'aluminium avec de l'azote :

Jusqu'au calibre 9—6 à 8 kW

0,25 à 0,75 po—8 à 10 kW

Plus de 0,75 po—8 à 15 kW

Gardez à l'esprit qu'un fabricant disposant d'une machine de grande puissance peut produire plus de pièces par heure et que le coût des pièces chute à mesure que la puissance augmente. Mais cela ne se produit que si la machine de découpe laser est suffisamment rapide pour maximiser la puissance de la machine.

Les coûts d'exploitation augmenteront probablement à mesure que le niveau de puissance d'une machine de découpe laser à fibre augmente. Généralement, doubler la puissance augmente les coûts d'exploitation du laser de 20 à 30 %. C'est pourquoi il est si important que le laser à fibre fonctionne à des rendements maximaux, afin que le temps de cycle de la pièce puisse être réduit pour compenser les coûts d'exploitation plus élevés. En diminuant le temps de cycle, un fabricant peut réduire l'impact des coûts variables et fixes et augmenter la rentabilité.

Heureusement, les lasers à fibre coupent rapidement. Il suffit de les regarder monter et descendre une pièce de tôle lors d'un salon professionnel. Malheureusement, la plupart des fabricants ne coupent pas de pièces présentant des lignes longues et droites. Ils découpent de petits trous et des formes géométriques uniques. Dans cette réalité, un fabricant a besoin d'une accélération rapide pour tirer parti des vitesses linéaires de la machine.

Par exemple, une machine 1G qui accélère à 32,2 pieds par seconde au carré est facilement surpassée par une machine 2G, qui accélère deux fois plus vite. Lorsque les G sont doublés, la machine a besoin de la moitié du temps et de la moitié de la distance pour atteindre la même vitesse programmée.

La vitesse à laquelle la machine peut décélérer et accélérer dans les virages et les arcs serrés a souvent un impact plus important sur le temps de cycle que la puissance du laser ou la vitesse maximale de la machine. L'accélération est vitale.

Pour plus d'illustration, envisagez de découper au laser de l'aluminium de calibre 20 avec un laser de 4 kW qui peut couper à une vitesse d'environ 2 250 pouces par minute. Si le fabricant coupe un 3-in. ligne avec une machine 1G, ce laser de 4 kW n'accélérera jamais jusqu'à la vitesse de coupe potentielle avant de devoir commencer à décélérer. Pendant ce temps, une machine 6G sera à la vitesse de coupe pour 2,4 pouces du 3 pouces. doubler.

Lorsque l'on parle d'efficacité de coupe, il est également utile de tenir compte de la vitesse d'avance rapide et de l'accélération. Cela implique un mouvement de la tête de coupe lorsque le laser n'est pas utilisé, ce qui représente environ 15 à 25 % du mouvement de la tête de coupe sur chaque feuille ou plaque. Les machines qui offrent des vitesses de déplacement rapide plus élevées, supérieures à 12 000 IPM, nécessitent une accélération élevée pour utiliser les vitesses de déplacement rapide élevées.

De nombreux changeurs de palettes proposés aujourd'hui ont été conçus pour fonctionner avec des lasers CO2, qui coupent à des vitesses beaucoup plus lentes par rapport aux lasers à fibre. Ils utilisent très probablement l'hydraulique et peuvent prendre 35 à 50 secondes pour échanger une feuille.

Les changeurs de palettes les plus modernes reposent sur une technologie à servocommande et peuvent échanger une palette en moins de 10 secondes. Si une opération de fabrication change généralement les feuilles six à 10 fois par heure, un changeur de palettes moderne peut ajouter une à deux heures de temps de coupe par semaine qui pourraient autrement ne pas être disponibles avec une technologie de manutention plus lente.

Lorsqu'il s'agit de choisir la technologie de changeur de palettes, un fabricant doit en choisir une qui peut traiter les matériaux les plus épais et les plus lourds qu'il traite. Un 1-in., 5- par 10-ft. la plaque pèse 2 100 livres. Pour la plupart des magasins, un changeur de palettes avec un 2 200 lb. la capacité doit être suffisante. Tout ce qui dépasse cette épaisseur nécessite un système robuste conçu pour gérer les charges beaucoup plus lourdes.

Tous les fabricants de métaux n'ont pas besoin d'un laser haute puissance, en particulier s'il n'a pas assez de travail pour charger sa machine de découpe laser actuelle. Par exemple, si la charge de travail de découpe au laser de l'atelier ne devrait pas augmenter et ne consomme que la moitié d'un quart de travail, alors payer pour un laser plus puissant pour réduire la charge de travail à un quart de quart de travail ne fournira probablement pas un bon retour sur investissement.

Mais si les fabricants de métaux maximisent leur capacité actuelle de découpe au laser et cherchent éventuellement à ajouter un autre quart de travail, ils devraient certainement jeter un coup d'œil aux lasers à haute puissance. Cela est particulièrement vrai s'ils utilisent une technologie laser plus ancienne.

Les machines de découpe laser à fibre haute puissance d'aujourd'hui peuvent remplacer deux ou trois lasers plus anciens. À une époque où les fabricants ont du mal à trouver des opérateurs fiables et expérimentés, ils peuvent en fait investir dans un laser rapide et efficace et réduire le nombre d'opérateurs laser nécessaires, en les déployant à d'autres tâches importantes dans l'atelier.

Les machines de découpe laser à fibre continueront de croître en puissance si la tête de découpe et la technologie de manutention des matériaux peuvent compléter la puissance accrue. Les fabricants profiteront de la puissance s'ils sont capables d'alimenter ces machines de découpe voraces. Matériau épais ou fin, peu importe.

Brian Kent est co-fondateur de Fairmont Machinery, 833-667-7889, [email protected], www.fairmontmachinery.com, un distributeur de lasers à fibre Eagle.